HISTORIA DE LA PILA
Alessandro
Volta, inventor de la primera pila eléctrica, la denominó galvánica en honor a
su amigo Luigi Galvani, médico italiano que en 1786 realizó un conjunto de
experimentos trascendentales para la comprensión de la conducción de la
electricidad a través de la red nerviosa de las ancas de rana.
La primera pila fue
construida por Volta en 1800, y emplea como fundamento físico el fenómeno de la
electrólisis, descrito por Michael Faraday a mediados del siglo XIX. La
electrólisis consiste en el paso de corriente eléctrica a través de un medio de
disolución líquida o fundido en el cual induce la formación de electrones
libres, partículas elementales de carga negativa que constituyen el soporte
básico de la conducción eléctrica.
El
invento constituía una novedad absoluta y gozó de un éxito inmediato y muy
merecido, ya que inició la era eléctrica en que actualmente vivimos, al
permitir el estudio experimental preciso de la electricidad, superando las
enormes limitaciones que presentaban para ello los generadores electrostáticos, que son
los únicos que existían hasta el momento. Otro tipo más temprano de
configuración también utilizada y descrita por Volta para el aparato estaba
formada por una serie de vasos con líquido (unos junto a otros, en batería), en
los que se sumergían las tiras de los metales, conectando externamente un metal
con otro.
Principio de
Funcionamiento
Los
principios de la química establecen que ciertas sustancias, como las llamadas
iónicas en disolución y los metales fundidos, sufren un proceso de
descomposición en átomos o moléculas más pequeños con una representación
descompensada de electrones que comparten en la molécula inicial. Tales cuerpos
se denominan iones y, en función de que su carga global sea positiva o
negativa, reciben el nombre de cationes y aniones, respectivamente.
En
el interior de la pila se verifican reacciones químicas de intercambio de
electrones, llamadas redox o de reducción y oxidación, entre los iones y
moléculas involucrados, que producen finalmente energía eléctrica utilizable.
Para ello, se dispone de dos polos o electrodos: el cátodo o negativo, que
atrae a los cationes; y el ánodo o positivo, absorbente de aniones. El
electrolito o líquido de la pila cierra el circuito activador del proceso.
LAS PILAS Y BATERÍAS
Se
denomina pila eléctrica a todo dispositivo capaz de transformar directamente
energía química en eléctrica. Las pilas que al actuar como alimentadoras
energéticas se consumen gradualmente se denominan baterías de primera especie;
las baterías secundarias o acumuladores constituyen una variedad de pilas
reversibles, que se pueden recargar mediante la realización del proceso inverso
de conversión de electricidad en energía química.
Tanto pila como batería son términos provenientes de los
primeros tiempos del estudio de la electricidad, cuando se juntaban varios elementos o celdas —en el primer
caso uno encima de otro, "apilados", y en el segundo adosados
lateralmente, "en batería"— como se sigue haciendo actualmente, para
así aumentar la magnitud de los fenómenos eléctricos y poder estudiarlos
sistemáticamente.
Tipos
de Pilas
Pilas
primarias:
Las Secas o de Leclanché, con electrodos de grafito y zinc y empleadas profusamente
en radios de transistores, juguetes, etc. En ella los electrodos están formados
por una barra central de carbón y bióxido de manganeso MnO2 (polo
positivo) y un recipiente de cinc (polo negativo). Como electrolito se emplea
cloruro amónico absorbido en bentonita.
Las húmedas o de Daniell; poseen un electrolito móvil y con mayor capacidad de
producción de energía que las anteriores, lo que aconseja su uso en circuitos
telefónicos y telegráficos, sistemas de comunicación, etc., está formada por un electrodo de cinc sumergido en una disolución de sulfato de cinc y otro
electrodo de cobre sumergido
en una disolución concentrada de sulfato de cobre. Ambos electrolitos están
separados por una pared porosa para evitar su reacción directa.
Pilas secundarias:
Los
acumuladores consisten
habitualmente en la aglomeración de varias pilas voltaicas simples que, al
incrementar su potencia energética, se emplean como abastecedores de los
sistemas eléctricos en los automóviles, los equipos de alumbrado de emergencia
y los circuitos de comunicación.
Hay dos tipos principales:
1- De plomo; ideado por Gastón Planté en 1860. Están formados por una
serie de láminas de bióxido de plomo (polo positivo) y por una serie de plomo
metálico (polo negativo). El electrolito es ácido sulfúrico, de densidad 1,31 a
25° C. La FEM (frecuencia electromotriz) es algo superior a 2 V. y desciende
con la temperatura.
2- De
Hierro-Níquel; ideado por Thomas
Alva Edison en 1904, en cuyo ánodo hay hierro finamente dividido y en cuyo
cátodo hay Ni2O3 hidratado. La FEM es de 1,22 a 1,30 V.
Clasificación de las
Pilas
Pila Botón de Mercurio:
La
pila botón de dióxido de mercurio es la de uso más extendido y, al mismo
tiempo, constituye uno de los modelos de pila más agresivos en relación con la
naturaleza. Por contener una gran cantidad de mercurio, exige una recogida
selectiva y un tratamiento especial después de que se agota. Su uso más
habitual se da en pequeños artefactos con motor o dispositivos electrónicos
que, como el reloj, precisan de energía constante durante largo tiempo.
Pila Alcalina:
Irrumpió en el mercado en la
década de los setenta con el objetivo de proporcionar mayor cantidad de energía
y durabilidad. Su utilización es recomendable en aquellos productos que, como
muchos juguetes para niños o flashes para cámaras fotográficas cuentan con un
motor o requieren aportes energéticos importantes. La atención de la pila
alcalina que sustituye el carbón por un álcali, es constante a lo largo de toda
su vida útil.
Pila Botón de Zinc-Aire:
Esta clase de pilas fue
concebida a principios de los setenta como alternativa a las pilas botón de
mercurio. Ofrece mejores prestaciones y mayor capacidad, pero cuenta con una
importante limitación: para funcionar debe estar en contacto con el aire, por
lo que sus aplicaciones son restringidas. En el campo de la medicina estas
pilas resultan de óptimo rendimiento en pequeñas prótesis mecánicas y
audífonos.
Pilas Recargables:
Conocidas también como
acumuladores, el aspecto de las pilas recargables que abundan en el mercado es
similar al de las pilas alcalinas y salinas. También sus usos son parecidos.
Las baterías recargables se utilizan sobretodo en la industria y en el
transporte. Las pilas de recarga están pensadas para hacer funcionar aparatos
de uso cotidianos y gran necesidad de energía. En el ámbito doméstico, las
pilas recargables son óptimas para accionar linternas, juguetes, etc.
Pila Salina:
Este modelo fue el primero
en aparecer en el mercado. Su vida media y su aporte energético son moderados,
por lo cual su utilización solo es aconsejable para aparatos de bajo consumo
energético, como transistores o mandos a distancia. Actualmente, su uso está en
receso debido al abaratamiento de las pilas alcalinas más potentes y duraderas.
Sus componentes relativamente inocuos no requieren un tratamiento especial.
Batería Ni-Cd:
Por
tratarse de baterías recargables, estos modelos están pensados para productos
de uso cotidiano que presentan una necesidad energética entre moderada y alta.
Generalmente, como en el caso de los teléfonos móviles o computadoras
portátiles, estas baterías están adaptadas al diseño del producto. Su contenido
se basa en combinaciones de níquel, cadmio, hierro y pueden recargarse entre
mil y tres mil veces.