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.