Reconozcamos el pasado y el presente de la batería.

Las baterías son tan omnipresentes en nuestras vidas hoy que casi se las ignora. Sin embargo, son un invento notable en la larga y legendaria historia, y tienen el mismo maravilloso futuro.

Una batería es en realidad un dispositivo que convierte la energía química almacenada en energía eléctrica. Básicamente, la batería es un pequeño reactor químico que, a medida que la reacción química produce electrones de alta energía, siempre está listo para fluir hacia equipos externos.

La batería ha estado con nosotros durante bastante tiempo. En 1938, el director del Museo de Bagdad descubrió una batería en el sótano del museo, ahora conocida como la "batería de Bagdad". Según el análisis, su origen y época se remonta a Mesopotamia en el 250 a. C.

Existe mucha controversia sobre esta primera comunidad académica de baterías, y sus usos específicos incluyen galvanoplastia, alivio del dolor o un castigo religioso.

El científico e inventor estadounidense Benjamin Franklin utilizó por primera vez el término "batería" al realizar un experimento de potencia con una serie de condensadores en 1749.

La primera batería verdadera fue inventada por el físico italiano Alessandro Volt en 1800. Volt apila láminas redondas de cobre y zinc, cada par de láminas de cobre y zinc separadas por una pieza de arpillera empapada en agua salada.

En este momento, siempre que se utilicen dos alambres de metal para hacer contacto con dos metales cualesquiera, se genera una corriente continua y estable. Cada unidad (un juego de cobre, zinc y salmuera) produjo 0,76 voltios. Apilar un grupo de celdas generará el doble de electricidad.

Una de las baterías más antiguas fue la batería de plomo-ácido inventada en 1859, que todavía se utiliza hoy en día para la mayoría de los motores de combustión interna. Es el ejemplo más antiguo de batería recargable.

Las baterías de hoy varían en tamaño, desde grandes megavatios que se utilizan para alimentar energía en plantas de energía solar o subestaciones para garantizar que toda la aldea o isla esté alimentada, hasta pequeñas baterías utilizadas en relojes electrónicos.

Las baterías se basan en diferentes productos químicos que producen voltajes de batería típicamente en el rango de 1-3.6V. La batería en serie aumenta el voltaje y la paralela aumenta la corriente. Este principio se utiliza para lograr la corriente y el voltaje requeridos hasta un tamaño de megavatios.

¿Cómo funciona la batería?

Cuando la batería se descarga, las sustancias internas reaccionan químicamente para generar energía eléctrica. Un ejemplo de una reacción química que produce electrones es que el óxido de hierro produce óxido. El hierro reacciona con el oxígeno y los electrones y el oxígeno se transfieren para formar óxido de hierro.

La fabricación estándar de baterías es utilizar dos metales o compuestos con diferentes potenciales de electrodo y separarlos con un aislante poroso. El potencial del electrodo es la energía almacenada en átomos y compuestos que se transfiere cuando hay una conexión de dispositivo externo disponible.

Los fluidos conductores como la salmuera y las soluciones acuosas para transportar iones solubles fluyen de un metal a otro en una reacción química, conocida como electrolito.

Un metal o compuesto que pierde electrones durante la descarga se llama cátodo y un metal o compuesto que recibe electrones se llama ánodo. El flujo de electrones desde el ánodo al cátodo a través de conexiones externas es lo que usamos para hacer funcionar nuestra electrónica.

Historial de desarrollo de la batería: Reconozcamos el pasado y el presente de su batería

Batería primaria y batería recargable

El proceso de reacción química que produce el flujo de electrones es irreversible y se denomina batería primaria. La capacidad de la batería se agotó después de una descarga de los reactivos.

La batería primaria más común es una batería de carbono-zinc. Cuando el electrolito es alcalino, la batería dura más. Compramos pilas alcalinas en el supermercado.

El mayor desafío al lidiar con estas baterías primarias es encontrar formas de reutilizarlas. Cuando aumenta el número de baterías utilizadas y, a menudo, no resulta rentable reemplazarlas, es más importante ocuparse de ellas.

La batería recargable más antigua, la batería de níquel-cadmio (NiCd), también utiliza álcali como electrolito. En 1989, además de las baterías de hidruro metálico de níquel (NiMH), duraba más que las baterías de níquel-cadmio.

Estos tipos de baterías son muy sensibles a la sobrecarga y al sobrecalentamiento durante la carga, por lo que la tasa de carga se controla por debajo de la tasa de carga máxima.

Los controladores complejos aceleran el proceso de carga y no tardan horas en cargarse.

Para la mayoría de los cargadores simples, el proceso de carga lleva una noche.

Las aplicaciones portátiles, como los teléfonos móviles y las computadoras portátiles, han estado buscando dispositivos de carga grandes y pequeños. Aunque esto aumenta el riesgo de descarga severa, puede controlarse con un limitador de corriente en la batería del teléfono celular.

Primer salto: batería de litio

Las nuevas tecnologías a menudo requieren baterías recargables más compactas, de alta capacidad y más seguras.

En 1980, el físico estadounidense John Good suficientemente inventó un nuevo tipo de batería de litio. El litio (Li) puede migrar de un electrodo a otro a través de una batería para formar una forma de iones de Li +.

El litio es uno de los elementos químicos más ligeros de la tabla periódica y tiene el mayor potencial electroquímico, por lo que esta combinación produce el mayor voltaje en el volumen más compacto y ligero.

Ésta es la base de una batería de iones de litio. En esta nueva batería, un metal de transición como cobalto, níquel, manganeso, hierro y oxígeno se combina para formar un cátodo. Cuando se genera un voltaje mediante la carga, los iones de litio cargados positivamente migran desde el cátodo al ánodo de grafito para convertirse en litio metálico.

Historial de desarrollo de la batería: Reconozcamos el pasado y el presente de su batería

Dado que el litio tiene una fuerte fuerza impulsora electroquímica para la oxidación, si las condiciones lo permiten, volverá al cátodo para volver a formar iones de litio y liberar electrones al estado de iones de cobalto. El movimiento de los electrones en este circuito se puede utilizar como corriente.

El segundo salto: la nanotecnología

Debido a la presencia de metales de transición en las baterías de iones de litio, la batería tiene una mayor capacitancia y, por lo tanto, es más reactiva y propensa a la fuga térmica.

En el ejemplo de las baterías de óxido de litio y cobalto (LiCoO2) fabricadas por Sony en la década de 1990, se produjeron muchos incendios. Hacer el cátodo de la batería con nanomateriales hace que la batería sea más activa y puede causar un accidente.

Pero en la década de 1990, Suficientemente bueno una vez más provocó un salto en la tecnología de baterías al introducir fosfato de hierro y litio para la producción de cátodos estables de iones de litio.

El cátodo es térmicamente estable. Esto también significa que los materiales de fosfato de hierro y litio (LiFePO4) o fosfato de hierro y litio (LFP) ahora se pueden usar de manera segura en aplicaciones de baterías grandes y se pueden cargar y descargar rápidamente.

Estas nuevas baterías tienen muchas aplicaciones nuevas, desde herramientas eléctricas hasta vehículos eléctricos híbridos. Quizás la aplicación más importante sea el almacenamiento de electricidad de los hogares domésticos.

Coche eléctrico

El líder en la fabricación de este nuevo formato de batería para el automóvil es Tesla Electric Motors, que planea construir una "Giga-plantas" para la producción de baterías.

El paquete de baterías de litio de Tesla ModelS tiene una capacidad de hasta 85 kWh.

Esto es suficiente para que un hogar doméstico use electricidad, por lo que hay tantas especulaciones sobre los productos que anunció recientemente el fundador de Tesla, Elon Musk.

El diseño de batería modular puede crear intercambiabilidad en modo de batería para aplicaciones automotrices y domésticas sin la necesidad de rediseñar y fabricar.

Quizás podamos presenciar la próxima generación de cambios tecnológicos en la producción y el almacenamiento de energía mediante la humilde batería.

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