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Si no puede enchufarlo pero necesita energía, es mejor que tenga una batería a mano. A menudo pasados ​​por alto, mantienen nuestro mundo en funcionamiento. Pero, ¿qué son? ¿Cómo trabajan? ¿Y cómo es que puedes usar un limón para encender una bombilla? Vamos a averiguar.

Pista: una de estas cosas no es una batería.
Créditos de imagen Tookapic / Pixabay.

La tecnología nos permite hacer cosas bastante sorprendentes. Hablar por teléfono en medio de la nada, por ejemplo. O leyendo estas palabras a pesar de que acabo de terminar de escribirlas, al otro lado del mundo, hace unos segundos. Puedes volar por el cielo en una silla , lo que probablemente hace que los pájaros se pongan verdes de envidia. Hemos enviado personas y robots al espacio exterior, un lugar que te congelará, te asfixiará y te dará la madre de todas las quemaduras solares mientras vas a la deriva perezosamente porque tus piernas no sirven para nada allí, todo con total seguridad. Sin embargo, hacer todo esto consume energía. Mucha energia.

Aquí radica la cuestión. Debido a que la naturaleza a veces es molesta, no puedes transportar electricidad como lo haces con el agua, la electricidad fluye o no fluye, no puedes llenar un balde con ella y usarla más tarde. Los generadores, por otro lado, no caben dentro de un iPhone, y atar las líneas eléctricas a un transbordador espacial anula un poco su propósito. Afortunadamente, hay una manera de llevar el poder contigo.

Molestos cuando se acaban en el mouse, tirados a la basura más a menudo de lo que puede recordar, pero haciendo que el mundo gire, echemos un vistazo a los héroes anónimos de la actualidad: las baterías.

De qué están hechas las baterías

La electricidad no se puede almacenar como tal, pero lo que sí se puede hacer es transformarla en otro tipo de energía y almacenar eso que es exactamente lo que hacen las baterías. Almacenan energía en enlaces químicos y la liberan cuando se necesita como un flujo de electricidad.

Suena complicado, pero en realidad son dispositivos sorprendentemente simples, probablemente tengas los materiales para construir una batería (bastante débil) en tu casa. Las baterías están formadas por celdas voltaicas. Cada uno se construye utilizando un electrodo negativo positivo (cátodo y ánodo), algo para aislar los dos (un separador) y algo para unirlos, un medio conductor conocido como electrolito que proporciona a los iones una forma de fluir entre los electrodos.

Créditos de la imagen Mcy Jerry / Wikimedia.

El cátodo se sumerge en el electrolito, formando lo que se llama una media celda positiva. El combo de ánodo y electrolito forma una media celda negativa. Estas medias celdas no hacen mucho por sí solas, pero sus átomos quieren mezclarse, y es exactamente por eso que necesita un separador (vamos a eso en un momento).

Hoy en día, la mayoría de las baterías que es probable que vea (con la excepción de las baterías de automóviles) se conocen como secas, lo que significa que usan un electrolito en pasta que tiene menos probabilidades de fugas. Si bien mantienen una estructura más o menos constante en todos los ámbitos, los materiales varían ampliamente. Las baterías de zinc/carbono son baterías no recargables omnipresentes, ya que son ridículamente baratas de fabricar. El dióxido de zinc/manganeso con un electrolito de hidróxido de potasio también se usa comúnmente como mezcla, ya que ofrece una buena relación precio-peso-rendimiento.

Las variantes de níquel (con cadmio o cátodos de hidruro metálico) son comunes para las baterías recargables, ya que pueden soportar una gran cantidad de ciclos, incluso si están limitadas en cuanto a la densidad de energía. Los cátodos de hidruro metálico ofrecen un mejor rendimiento a expensas de la vida útil del ciclo. Y, por supuesto, existe la variedad de iones de litio que se usa en su teléfono, que son más caras de producir, pero tienen un rendimiento sólido y un peso reducido.

Cómo funcionan las baterías

El electrolito permite que los dos extremos de la batería (los electrodos) intercambien iones (átomos cargados) en una reacción Redox. Los cationes (+ iones cargados) migran al ánodo donde arrojan el exceso de electrones, lo que lleva a una acumulación de electrones en el ánodo con el tiempo.

Dado que todos los electrones tienen la misma carga eléctrica, por lo general no se gustan entre sí. Así que hacen todo lo posible para alejarse lo más posible de los de su especie. En una batería, el único lugar al que pueden ir y hacer eso es el cátodo. Estos electrones acumulados que quieren moverse de un punto a otro crean un potencial eléctrico en la batería.

Sin embargo, no pueden moverse libremente a través del electrolito. Los electrones necesitan un portador en forma de iones para transportarlos al otro extremo de la batería, o que el cátodo y el ánodo se toquen para dispersarse en un cortocircuito. Dado que ningún ion en su sano juicio quiere moverse hacia un punto de la misma carga eléctrica y el separador mantiene los dos electrodos bien separados, todos esos electrones simplemente están muriendo por una forma de fluir hacia el cátodo.

Entonces entras tú en el cuadro para librarlos de la angustia. Cuando enchufa la batería en un mouse de computadora, por ejemplo, completa su circuito eléctrico al unir el ánodo y el cátodo, lo que le da a los electrones una forma de fluir.

Esto es electricidad.

Lo que las baterías no pueden hacer

El gancho con el almacenamiento químico de energía es que, con el tiempo, el cátodo se agota en iones, que ahora están todos unidos cómodamente en el exterior del ánodo. Por eso se acaban las pilas.

Para algunas de ellas (llamadas baterías de carga secundaria o recargables), este proceso se puede revertir bombeando electricidad nuevamente a la batería. Estos están construidos con materiales que pueden almacenar una carga eléctrica y deben cargarse antes de su primer uso. Después del uso, la entrada de electricidad empuja los cationes (+ iones cargados) hacia el ánodo donde descargan el exceso de electrones, refrescando los electrodos.

Con el tiempo, pierden su capacidad de mantener una carga. Una cosa a tener en cuenta en las secundarias es la hinchazón que expone la batería a temperaturas extremas, los cambios de temperatura extremos, así como la sobrecarga (que sobrecalienta la batería), pueden hacer que se hinchen. Si los sellos se rompen, comienzan a perder ácido. No es bueno. La batería de plomo-ácido que hace funcionar su automóvil es una batería recargable, por ejemplo.

Afortunadamente recargable.
Créditos de imagen StockSnap / Pixabay.

Las baterías de carga primaria, en cambio, utilizan materiales que pueden generar un cambio. Se pueden utilizar inmediatamente después del montaje y no requieren carga. En teoría, podrías recargarlos. Sin embargo, las reacciones químicas que los impulsan son muy difíciles de revertir, por lo que generalmente no son económicamente viables. También es realmente inseguro, ya que las carcasas no pueden soportar la tensión térmica mucho mayor. Los fabricantes recomiendan encarecidamente no intentar hacerlo por una buena razón. Los resultados varían desde un poco de carga hasta fuego, fugas de ácido por todas partes y fuego, hasta eructos de bolas de fuego, vomitar ácido, boom .

Así que no hagas eso. No.

poder del patio trasero

En realidad, hay mucho margen de maniobra en cuanto a qué materiales pueden formar una batería. Una celda de magnesio/cobre/limón puede alcanzar una mejor salida que las baterías comunes y corrientes (1,6 voltios en comparación con 1,5 voltios). Incluso se ha sugerido que las baterías de patata son una fuente viable de energía para las personas que viven fuera de la red. Siempre que tenga un tipo de ácido y dos metales diferentes disponibles, puede hacer una batería, aunque la salida variará bastante de un sistema a otro.

Así que toma un LED, algo de fruta y experimenta. Tal vez aciertes con la batería del futuro

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