44184578 baterias primarias y secundarias

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Bateras primarias y secundarias

Heber E.Andrada

Tipos de baterasBateras primarias Son aquellas que una vez que se agotan , son desechadas. Se destacan 3 tipos de celdas: Celda de Leclanche o de zinc carbono (ZnC) (pilas secas) Electrolito- ZnCl2. Electrodo negativo (nodo) Lamina de zinc (Zn) impurificado con Hg. Electrodo positivo (Ctodo) mezcla de MnO2 y C , prensado sobre una barra de grafito. Pilas alcalinas: mismos componentes. Electrolito alcalino (KOH). Celda de zinc cloruro (Zn/Cl) Electrolito - medio amoniacal con KOH.

Los procesos son irreversibles en este tipo de baterasElectrodo positivo (nodo) 3 MnO2 + 2 H2O + 4 e Mn3O4 + 4 OH

Electrodo negativo (ctodo) Zn + 2 OH ZnO + H2O + 2e

Reaccin global (durante la descarga) 3 MnO2 + 2 Zn Mn3O4 + 2 ZnO

Pilas botn: Son pilas de tamao reducido, de forma chata y redonda. Son utilizadas para audfonos, marcapasos, relojes, calculadoras y aparatos mdicos de precisin. Su composicin es variada.

Pilas de xido mercrico: Son las ms txicas, contienen un 30 % de mercurio. Deben manipularse con precaucin en los hogares, dado que su ingestin accidental, lo que es factible por su forma y tamao, puede resultar letal.

Pilas de Zinc-aire: Se las distingue por tener agujeros diminutos en su superficie. Tienen mucha capacidad y una vez en funcionamiento su produccin de electricidad es continua. Contienen ms del 1 % de mercurio, por lo que presentan graves problemas residuales.

Pilas de xido de plata: Son de tamao pequeo, usualmente de tipo botn. Contienen 1 % de mercurio aproximadamente por lo que tienen efectos txicos sobre el ambiente.

Pilas de litio: Producen 3 veces ms energa que las pilas alcalinas, considerando tamaos equivalentes, y poseen tambin mayor voltaje inicial (3 voltios). Se utilizan en relojes, calculadoras, flashes de cmaras fotogrficas y memorias de computadoras.

En estas el electrodo negativo es litio metlico y el electrodo positivo puede ser un electrodo de MnO2, SO2 o SOCl2.

Bateras secundarias Pueden recargarse, despus de la descarga el sistema puede ser regenerado una cierta cantidad de veces. Existe gran diversidad de estas bateras, algunas de estas son: Bateras de nquel. Bateras tradicionales de plomo/acido. Bateras de zinc/ dioxido de manganeso. Bateras de ion litio. Bateras de flujo redox.

Bateras de NquelLos dos tipos principales son: Nquel Cadmio. Nquel Hidruro metlico. Electrodo de nquel Presenta un sustrato de nquel en forma de esponja o lamina en donde se deposita hidrxido de nquel (sustancia electroactiva). Impregnacin qumica o electroqumica. Electrodo positivo (ctodo). La reaccin que ocurre en el mismo durante la descarga es: NiOOH + H2O + e Ni(OH)2 + OH

Electrodo de cadmio Corresponde al electrodo negativo (nodo) , existen dos tipos: Empastados : pasta de hidrxido de cadmio, aglutinante, material conductor es sedimentada sobre una hoja de cadmio metlico. Sintetizados : va mtodos qumicos o electroqumicos. La reaccin que ocurre es: Cd + 2 OH Cd(OH)2 + 2e

Electrodo de hidruro metlico Se utilizan aleaciones metlicas para formar hidruros y liberar hidrogeno gaseoso Reversiblemente (LaNi5 o TiZr2). Electrodo negativo (nodo). La reaccin que se produce es: Aleacin (H) + OH Aleacin + H2O + e

Bateras de Plomo AcidoElectrodos positivo (catodo): Dixido de plomo. Electrodo negativo (anodo): Plomo metlico. Electrolito: solucin de cido sulfrico (H2SO4). Cuando la batera esta descargada, se encuentra en forma de sulfato de plomo (PbSO4) incrustado en una matriz de plomo metlico (Pb). El material activo de la placa positiva es xido de plomo (PbO2). El de la placa negativa es plomo puro esponjoso y el electrolito es H2SO4.

Placas Positivas Aleacin Plomo-Estao-Calcio que contiene dixido de plomo poroso como material activo. Placas Negativas Aleacin Plomo-Estao-Calcio que contiene plomo esponjoso como material activo. Electrolito El cido sulfrico diluido es usado como el medio para la conduccin de iones en la reaccin electroqumica de la batera. Separadores Conservan el electrolito e impiden cortocircuitos entre las placas positivas y negativas adoptan la forma de un pao inmvil de finas fibras de cristal. Vlvula (Unidireccional) Cuando se genera gas en la batera bajo condiciones extremas de carga, mal funcionamiento del cargador u otras anomalas, el respiradero de la vlvula se abre para liberar la presin excesiva en la batera y mantener la presin del gas dentro del rango especfico. (0,07 a 0,43 kPa, o 1 a 6 psi).

Reacciones que ocurren dentro de la mismaELECTRODO POSITIVO PbO2 + 3H++HSO4- + 2eELECTRODO NEGATIVO Pb + H2SO4 2PbSO4 + 2H+ + 2e2H2O + PbSO4 REACCIN COMPLETA DE LA CELDA PbO2 + Pb + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O + energia

Bateras recargables de Zinc-Dixido de manganesoEs esencialmente igual a las bateras alcalinas primarias, utiliza los mismos reactantes. Las reacciones que ocurren son: Electrodo positivo MnO2 + 2 H2O + e Electrodo negativo Zn + 4 OH Zn(OH)4(2-) + 2 e MnOOH + OH

Durante la descarga la solucin de KOH se va saturando con Zn(OH)4(2-) y la reaccin toma otra ruta Zn + 2 OH Zn(OH)2 + 2 e

Reaccin global

2 MnO2 + Zn + 2 H2O

2 MnOOH + Zn(OH)2

Bateras de Ion LitioPresentan un elevado potencial de celda que pude llegar a los 3,7V. Electrodo negativo Es una matriz formada principalmente por carbono que tiene la propiedad de recibir y acumular iones litio. La reaccin es: C60 + (x)Li(1+) + (x) e LixC60 Donde C60 es fulereno.

Electrodo positivo Durante la descarga produce iones litio, los xidos tipo espinela mas estudiados son, LiNiO2, LiCoO2 o adems LiMn2O4. LiMO2 (x)Li(1+) + Li(1-x)MO2 + (x)e

La reaccin global es : C60 + LiMO2 LixC60 + Li(1-x)MO2

Bateras de Litio-Polmero (Li-Po)Electrodo negativo (nodo) Es una lamina ultra delgada de litio metlico que hace la funcin de fuente de iones de litio(descarga) o como colector(carga). Electrodo positivo (ctodo) Es un material compuesto con capas intercaladas de oxido de vanadio, negro de carbono, sal de litio y polmeros todo ello laminado sobre una hoja de aluminio que sirve de colector.

El comportamiento elstico del polmero permite que la superficie de contacto con los electrodos sea la adecuada. Adems permite el doblado de las lminas para darles la forma deseada a las bateras.

Mecanismo de carga y descarga en las bateras de ion litio

Bateras de Flujo Redox de VanadioFunciona con un solo elemento electroactivo, el vanadio que puede existir en disolucin bajo 4 estados de oxidacin diferentes: vanadilo (VO2+) dioxovanadio (V) (VO2+) vanadio (II) vanadio (III).

La ausencia de metales contaminantes caracteriza a esta batera, la cual representa la tecnologa de almacenamiento de energa con el MENOR IMPACTO ECOLOGICO.

Las reacciones que se producen son:Descarga de la batera

V2+ V3+ + 1e VO2+ + 2H+ + 1e- VO2+ + H2O global: V2+ + VO2+ + 2H+ V3+ + VO2+ + H2OCada celda suministra 1.26 V a 25 C.

Cargado de la batera V3+ + 1e V2+ VO2+ + H2O VO2+ + 2H+ + 1eglobal: V3+ + VO2+ + H2O V2+ + VO2+ + 2H+

Batera de flujo redox de Zinc - Bromonodo Zn Zn(2+) + 2 e Ctodo Br 2 + 2 e Electrolito = ZnBr2/ ZnBr2

2 Br(1-)

Batera de flujo redox de Zinc -CerioCuplas redox Zn Zn(+2) + 2 e Ce(+3) Electrolito Acido metanosulfonico

Ce(+4) + e

Cupla redox Hierro-Tin Hierro-titanio Hierro-cromo Vanadio-vanadio Sodio / polisulfuro bromo Zinc-Bromo

Voltaje mximo de la celda 0.62V 0.43 1.07V 1.4V 1.54V 1.83

Densidad de potencia (W / m 2 de electrodo)

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