Bateria (electricitat)

Bateria d'àcit-plom per a automòvil.

Erro al crear miniatura:

Pila no recarregable en les seues parts

Una bateria elèctrica, acumulador elèctric o simplement bateria és un dispositiu que consistix en dos o més celes electroquímiques en conectors externs, celes que convertixen l'energia química almagasenada en corrent elèctrica. Quan una bateria està suministrant energia, la seua electrodo positiu és el càtodo, mentres que l'electrodo negatiu és l'ànodo, El terminal marcat com a negatiu és la font d'electrons que fluïxen a través d'un circuit elèctric extern cap al terminal positiu. Quan una bateria es conecta a una càrrega elèctrica externa, una reacció redox convertix els reactius d'alta energia en productes de menor energia i la diferència d'energia lliure s'envia al circuit extern com a energia elèctrica. També consta d'uns electròlits que permeten que els ions es moguen entre els electrodos. Històricament, el terme "bateria" es referia específicament a un dispositiu compost per múltiples celes; no obstant, l'us ha evolucionat per a incloure dispositius composts per una sola cela.

Les bateries es presenten en moltes formes i tamanys, des de les celes en miniatura que s'utilisen en audífons i rellonges de polsera, als bancs de bateries del tamany de les habitacions que proporcionen energia de reserva a les centrals telefòniques i ordenadors de centres de senyes.

Pila, bateria i acumulador

Els térmens pila i bateria provenen dels primers temps de l'electricitat, en els que s'agrupaven varis elements (discs metàlics o celes) per a aumentar la corrent suministrada pel dispositiu. En uns casos es disponien un damunt d'un atre, s'apilaven, i d'ahí ve pila; i en atres casos es posaven un junt a un atre, en bateria. En anglés s'utilisa un terme únic, battery, per a designar a tots estos dispositius. Pel contrari, en Espanya i atres països, s'utilisen els térmens de bateria i acumulador per a les recarregables (d'àcit-plom principalment), i pila per a les que no són recarregables (alcalinas, per eixemple). En alguns països hispanohablante, en canvi, se seguix el procedir anglés i s'ampra la paraula bateria per a tots els tipos. En estos països, el terme acumulador s'aplica als condensadores elèctrics o a atres dispositius d'acumulació.

Celes primàries i secundàries

En els països que no fan la diferència anteriorment exposta, els elements suministradors d'electricitat es classifiquen en dos categories:

• Les celes primàries, lo que abans s'han cridat piles no-recarregables, transformen l'energia química en energia elèctrica, de manera irreversible (dins dels llímits de la pràctica). Quan s'agota la cantitat inicial de reactius presents en la pila, l'energia no pot ser fàcilment restaurada o tornada a la cela electroquímica per mijos elèctrics.
• Les celes secundàries, lo que abans s'han cridat bateries o piles recarregables, que poden ser recarregades sense més que revertir les reaccions químiques en el seu interior per mig del suministrament d'energia elèctrica a la cela fins al restabliment de la seua composició original.

Les celes primàries (d'un sol us o de "usar i tirar") s'usen una volta i es rebugen; els materials dels electrodos es canvien irreversiblemente durant la descàrrega. Els eixemples més comuns són la pila alcalina no recarregable utilisada per a llanternes i una multitut de dispositius portàtils. Les celes secundàries (recarregables) es poden descarregar i recarregar vàries voltes, degut a que la composició original dels electrodos pot ser restaurat per la corrent inversa. Els eixemples inclouen les bateries d'àcit-plom usades en els vehículs, les bateries d'ions de liti utilisades en dispositius electrònics portàtils, com a mòvils, tabletas i ordenadors i les bateries recarregables de Ni-HM, utilisades com a alternativa o tongada de les piles alcalinas en dispositius electrònics portàtils que les ampren, com cambres fotogràfiques digitals, joguets, ràdios portàtils, radiograbadores, llanternes, reproductors de MP3 i Minidisc, entre uns atres.

Principis de funcionament

Erro al crear miniatura:

Piles

el principi de funcionament d'un acumulador està basat essencialment en un procés químic reversible cridat reducció-oxidació (també coneguda com redox), en el que un dels components es oxida (pert electrons) i l'atre es reduïx (guanya electrons); és dir, un procés els components del qual no resulten consumits ni es perguen, sino que merament canvien el seu estat d'oxidació i, que a la seua volta poden retornar al seu estat original en les circumstàncies adequades. Estes circumstàncies són, en el cas de les bateries i piles recarregables, el tancament del circuit extern durant el procés de descàrrega i l'aplicació d'una corrent externa durant la càrrega. Estos processos són comuns en les relacions entre els elements químics i l'electricitat durant el procés denominat electrólisis i en els generadors voltaicos o piles. Els investigadors d'el XIX varen dedicar numerosos esforços a observar i a clarificar este fenomen, que va rebre el nom de polarisació. Un acumulador és, aixina, un dispositiu en el que la polarisació es du als seus llímits alcanzables, i consta, en general, de dos electrodos, del mateix o de distint material, sumergits en un electròlit.

Història

Artícul principal → Història de la pila.

El 20 de març de 1800, Alessandro Volta comunica a la Royal Society el seu invent de la pila que actualment du el seu nom. Tres anys despuix, en 1803, Johann Wilhelm Ritter va construir el seu acumulador elèctric; com molts uns atres que li varen seguir, era un prototip teòric i experimental, sense possible aplicació pràctica. Ya en 1836 John Frederic Daniell inventa la Pila Daniell, a partir de la pila de Volta, pero que evita l'acumulació d'hidrogen. Poc despuix, en 1844, William Robert Grove va inventar la Pila de combustible, que representa una evolució i aument de potència respecte de les anteriors, molt amprada en les rets telegràfiques d'Estats Units fins a 1860. En 1860, Gaston Vaig plantar va construir el primer model de bateria de plom i àcit en pretensions de ser un dispositiu utilisable, lo que no va resultar més que relativament cert, per lo que no va tindre èxit. A finals d'el XIX, no obstant, l'electricitat s'anava convertint ràpidament en artícul quotidià i, quan Vaig plantar va tornar a explicar públicament les característiques del seu acumulador, en 1879, va tindre un acolliment molt millor, de modo que va començar a fabricar-se i ser utilisat casi immediatament, iniciant-se un intens i continuat procés de desenroll per a perfeccionar-ho i evitar les seues deficiències, procés que dura encara en les primeres décades d'el XXI. En 1887, Carl Gassner va patentar la denominada pila seca, ya que no tenia un electròlit líquit lliure, sino una pasta d'algeps de París. Paralament, en 1887 Federico Guillermo Luis Hellesen va desenrollar el seu propi disseny de pila seca. S'ha afirmat que el disseny d'Hellesen va precedir al de Gassner. La primera pila fabricada industrialmente per al públic en general va sorgir del model de Gassner, substituint l'algeps de París per cartó en espiral i en els electrodos de cinc i carbono. Acabant el XIX, en 1899, el científic suec Waldemar Jungner va inventar l'acumulador de níquel-cadmi (Ni-Cd), una bateria recarregable que tenia electrodos de níquel i cadmi en una dissolució d'hidròxit de potassi (potasa càustica, KOH). Es va comercialisar en Suècia en 1910 i va aplegar a Estats Units en 1946. El propi Jungner va experimentar per a substituir el cadmi per ferro en diferents proporcions, treball que va ser arreplegat posteriorment per Thomas Alva Edison, qui, basant-se en el treball del primer, va patentar en 1903 un atre tipo d'acumulador en electrodos de ferro i níquel que el seu electròlit era, també, l'hidròxit de potassi. Varen escomençar a comercialisar-se en 1908 i encara es produïxen, tant els models originals com a models evolucionats d'atres fabricants. A mitan del següent sigle, en 1955, l'ingenier Lewis Urry, intentant trobar una manera d'aumentar la vida útil de les piles de cinc-carbono, va modificar els electrodos aplegant al desenroll de les conegudes com a piles alcalinas, encara que en una fabricació de major cost. La bateria d'Urry es componia d'un càtodo de diòxit de manganeso i un ànodo de cinc en pols en un electròlit alcalino. Estes piles varen eixir al mercat en 1959. L'experimentació en bateries de liti va començar en 1912 en G. N. Lewis, pero fins a la década de 1970 no es varen comercialisar les primeres. S'ampren actualment diverses piles en liti en l'ànodo i diferents substàncies en el càtodo: sulfur de ferro, diòxit de manganeso, diòxit de sofre, clorur de tionilo, monofluoruro de carbono, etc. Pese a desenrollar-se la tecnologia de níquel-hidrogen en els anys 1970, per a satèlits de comunicacions comercials, les primeres bateries de níquel metal hidrur (NiMH) no varen aparéixer en el mercat, per a usos corrents, fins a 1989. En la década de 1980, el químic nortamericà John B. Goodenough va dirigir un equip d'investigació de Sony que produiria finalment la bateria d'ionés de liti, recarregable i més estable que la bateria de liti pur. En 1996, es va llançar al mercat la bateria de polímero d'ion de liti, en la que el seu electròlit s'estaja en un polímero sòlit compost i els electrodos i els separadores es laminan entre sí, lo que permet envoltura flexibles.

Paràmetros d'un acumulador

Bateries AA, AAA, AAAA i A23

Tensió

la tensió o diferència de potencial (en volts) és el primer paràmetro a considerar, puix és el que sol determinar si l'acumulador convé a l'us al com se li destina. Ve fixat pel potencial de reducció del parell redox utilisat; sol estar entre 1 V i 4 V per element. Li la definix com el treball realisat sobre l'unitat de càrrega circulant. L'unitat de tensió és el volt, d'ahí que es cride a sovint voltage. Matemàticament:

$V=\frac{dW}{dq}$

a on:

$V$ : voltaje (voltios)

$W$ : trabajo (julios)

$q$ : càrrega (coulombs)

Simplificant molt, per mig d'una analogia mecànica, la diferència de potencial és com l'altura d'una cascada d'aigua. Quant més alta siga la cascada, major serà l'energia disponible per a moure una nòria. Una cascada d'aigua d'altura chicoteta mourà poc la roda, realisarà poc treball. Una cascada de major altura mourà molt la roda, realisarà més treball. Per això si es vol obtindre més treball es necessita una pila de tensió superior. Per eixemple en autos radi controlats, quant més voltage tinga la bateria serà major la potència que mou l'automòvil.

Intensitat de corrent

És la càrrega elèctrica neta (mida en coulombs) transferida a través d'una secció travessera d'un conductor per unitat de temps. La seua definició formal és

$I=\frac{dq}{dt}$

a on:

$I$ : intensidad de la corriente (amperios)

$q$ : carga (culombios)

$t$ : temps (segons)

Seguint l'analogia anterior, l'intensitat de la corrent elèctrica és com el fluix o corrent d'aigua de la cascada que mou la nòria. En motors de corrent contínua quant major és la corrent major serà el parell motor que pot suministrar. Sent simplista més potència podrà desenrollar dit motor.

Capacitat de càrrega

La capacitat de càrrega o capacitat de l'acumulador és la càrrega que pot almagasenar l'element. Es medix en amperis-hora (Ah) i és el segon paràmetro a considerar. En les bateries de baixa capacitat de càrrega, sol expressar-se en miliamperios-hora (mAh). Per a una bateria en capacitat nominal de 1 Ah significa que en teoria la bateria pot oferir el seu voltage durant 1 hora a una intensitat de 1 A abans d'agotar-se. També podrà suministar el voltage a una intensitat de 0,1 A durant 10 hores, o a 0,01 A durant 100 hores. Entre una bateria o pila de 1200 mAh i una atra de 2400 mAh, la segona durarà més temps (el doble) perque té més càrrega elèctrica almagasenada. En un equip elèctric es poden colocar piles en qualsevol capacitat de càrrega, ya que esta tan solament influïx en la duració de funcionament. No obstant, realment quanta més cantitat de corrent aporte la bateria, el seu temps de funcionament es reduirà en una proporció molt major a la marcada per la seua capacitat. Per a saber l'intensitat de corrent concreta que fa complir el valor nominal de capacitat s'usa la taxa de descàrrega màxima la qual està expressada basant-se en la relació entre la corrent de descàrrega i la capacitat nominal (en Ah) de la bateria. Per eixemple, si tenim una bateria de capacitat 2Ah i taxa de descàrrega màxima 0.5C i una atra de 2Ah i taxa de descàrrega màxima 2C. La primera podrà aportar una corrent estable de fins a 1A sense agotar-se prematurament i la segona podrà aportar una corrent de fins a 4A sense agotar-se prematurament. Per tant, la taxa de descàrrega màxima establix el ranc de nivell de consum acceptables especificat pel fabricant.

En alguns casos, també té especial importància la intensitat de corrent màxima que pot suministrar la bateria, mida en amperis (A); p. eix., els motors d'arrancada dels automòvils, quan es posen en funcionament, exigixen intensitat de corrent molt grans a la bateria (centenes de A) durant un breu temps.

Càrrega elèctrica

La càrrega elèctrica es medix en la pràctica per referència als temps de càrrega i de descàrrega en amperis (A). L'unitat SI és el coulomb (C).

$Q=It=I(3600t_h)$

a on:

$Q$ : carga eléctrica (culombios)

$I$ : intensidad (amperios)

$t$ : tiempo (segundos)

$t_h$ : tiempo (horas)

Por tanto, la carga eléctrica en les distintas unidades es:

$1\mathrm{A}\mathrm{h}=3600\mathrm{C}\mathrm{y}1\mathrm{C}=0,278\mathrm{m}\mathrm{A}\mathrm{h}$

Energia

La cantitat d'energia que pot suministrar una bateria depén de la seua capacitat i del seu voltage, i es medix habitualment en Wh (vats-hora); l'unitat SI és el juliol.

$W=Pt=P(3600t_h)$

a on:

$W$ : energía (julios)

$P$ : potencia (vatios)

$t$  : tiempo (segundos)

$t_h$ : tiempo (horas)

Por tanto les equivalencias entre unidades són:

$1\mathrm{W}\mathrm{h}=3600\mathrm{J}\mathrm{y}1\mathrm{J}=0,278\mathrm{m}\mathrm{W}\mathrm{h}$

Como $P=IV$

a on:

$P$ : potencia

$I$ : intensidad

$V$ : diferencia de potencial

La equivalencia d'unidades se puede expresar como:

$1\mathrm{W}\mathrm{h}=1\mathrm{A}\mathrm{h}\mathrm{V}$

(L'energia s'obté multiplicant la capacitat per la diferència de potencial). Tinga's en conte que quan es donen indicacions en el cos de les bateries o en els seus envasos, tals com «Carregue's a 120 mA durant 12 hores», si s'excedixen estos requisits, l'excés de càrrega es dissipa dins de la bateria en forma de calor a causa de la seua resistència interna. Si la capacitat de l'acumulador anara 1200 mAh i se li aplicara una corrent de càrrega de 120 mA durant 12 hores, 120 · 12 = 1440 mAh, per lo que 240 mAh serà la càrrega convertida en calor dins de la bateria i 1200 mAh l'efectivament almagasenada en ella. Per a calcular l'energia perduda bastaria multiplicar els 240 mAh d'excés de càrrega per la tensió de càrrega.

Resistència

La resistència de les bateries és molt inferior a la de les piles, lo que els permet suministrar intensitat de corrent molt més intenses que les d'estes, sobretot de forma transitòria. Per eixemple, la resistència interna típica d'una bateria de plom-àcit és de l'orde de 6 mΩ (miliohms) i la d'una atra de Ni-Cd, de 9 mΩ.

Massa

Una atra de les característiques importants d'una bateria és la seua massa i la relació entre ella i la capacitat elèctrica (Ah/kg) o l'energia (Wh/kg) que pot suministrar. En alguns casos pot ser també important el volum que ocupe (Ah/m³) o (Ah/litro).

Rendiment

El rendiment és la relació percentual entre l'energia elèctrica rebuda en el procés de càrrega i la que l'acumulador entrega durant la descàrrega. La bateria de plom-àcit té un rendiment de més del 90 %. les bateries Ni-Cd un 83 %.

Taxa de càrrega/descarrega

C és una relació característica de cada bateria que s'usa per a expressar més fàcilment l'intensitat a la que es carrega/descàrrega una bateria sense que esta sofrixca danys i funcione complint les especificacions. Per a cada bateria es calcula la corrent que buidaria completament la bateria en 1 hora, és dir, la corrent que dona 1 per a la relació entre la corrent (en A) i la seua capacitat nominal (en Ah). La taxa de càrrega o descàrrega medix la velocitat en que es carrega o descarrega la bateria respecte a la seua capacitat nominal. Es calcula com la corrent de càrrega o descàrrega utilisada entre la capacitat nominal de la bateria. La seua unitat de mida és la constant C de la bateria. D'ahí el nom en anglés de ''charge/discharge C rate

Eixemple

Per a una bateria de 55 Ah de capacitat nominal, si esta es carrega o descàrrega en una corrent de 55 A, la taxa de càrrega/descarrega és 1 C i si es carrega o descàrrega en 82.5 A, la taxa de càrrega/descarrega és d'1.5 C

És les especificacions de cada bateria s'indica la taxa de càrrega màxima i la taxa descarrega màxima, les quals establixen llímits segurs per a que una bateria respectivament es carregue o descarregue sense que es danye i funcionament complint les especificacions. Per eixemple, si tinc dos bateries en taxa màxima de descàrrega 2 C, una en capacitat 1 A i una atra en capacitat 5 A, abdós estan sent exigides d'igual forma relativa, encara que les corrents absolutes siguen distintes. D'esta forma s'estandardisa l'exigència elèctrica aplicada a una bateria, independentment de la seua capacitat nominal, fent que pugues comparar rendiment de bateries "grans" i "chicotetes" en igualtat de condicions.

Eixemple

Per a una pila LiPo de 1200 mAh, si el fabricant indica taxa de càrrega màxima=1 C, llavors no es deuria carregar a més d'1,2 A. Si el fabricant també indica que taxa màxima de descàrrega és 7 C, llavors no deuríem descarregar la pila en una intensitat major de 7*1,2 =8,4{{esd}A.

Efecte memòria

Artícul principal → Efecte memòria.

l'efecte memòria és un efecte no desijat que afecta a les bateries i pel qual en cada recarrega es llimita el voltage o la capacitat (a causa d'un temps llarc, una alta temperatura, o una corrent elevada). La conseqüència és la reducció de la seua capacitat per a almagasenar energia.

Tipos d'acumuladors recarregables per la seua naturalea interna

Per lo que a la seua naturalea interna es referix, característiques electroquímiques, es troben habitualment en el comerç acumuladors recarregables dels tipos que es detallen a continuació.

Bateries de plom-àcit

Artícul principal → Bateria de plom i àcit.

Erro al crear miniatura:

Bateria d'ebonita en terminals exposts.

Està constituïda per dos electrodos de plom, de manera que, quan l'aparat està descarregat, es troba en forma de sulfat de plom (II) (PbSO₄) incrustat en una matriu de plom metàlic en l'element metàlic (Pb); el electròlit és una dissolució d'àcit sulfúric. El seu funcionament és el següent:

Càrrega

Durant el procés de càrrega inicial, el sulfat de plom (II) pert electrons o es reduïx a plom metal en el pol negatiu (càtodo), mentres que en l'ànodo es forma òxit de plom (IV) (PbO₂). Per lo tant, es tracta d'un procés de dismutación. No es llibera hidrogen, ya que la reducció dels protones a hidrogen elemental està cinéticamente impedida en la superfície de plom, característica favorable que es reforça incorporant als electrodos chicotetes cantitats d'argent. La solsida d'hidrogen provocaria la llenta degradació de l'electrodo, ajudant a que es desmoronasen mecánicamente parts del mateix, alteracions irreversibles que acurtarien la duració de l'acumulador.

Descàrrega

Durant la descàrrega s'invertixen els processos de la càrrega. L'òxit de plom (IV), que ara funciona com a càtodo, es reduïx a sulfat de plom (II), mentres que el plom elemental es oxida en l'ànodo per a donar igualment sulfat de plom (II). Els electrons intercanviats s'aprofiten en forma de corrent elèctrica per un circuit extern. Es tracta, per lo tant, d'una conmutación. Els processos elementals que transcorren són els següents:

PbO₂ + 2 H₂BAIX₄ + 2 i^– → 2 H₂O + PbSO₄ + BAIX₄^2–

Pb + BAIX₄^2– → PbSO₄ + 2 i^–

En la descàrrega baixa la concentració de l'àcit sulfúric, perque es crea sulfat de plom (II) i aumenta la cantitat d'aigua lliberada en la reacció. Com l'àcit sulfúric concentrat té una densitat superior a la de l'àcit sulfúric diluït, la densitat de l'àcit pot servir d'indicador per a l'estat de càrrega del dispositiu.

Cicles i vida

No obstant, este procés no es pot repetir indefinidament, perque, quan el sulfat de plom (II) forma cristalés, ya no responen be als processos indicats, en lo que es pert la característica essencial de la reversibilidad. Es diu llavors que la bateria s'ha «sulfatado» i és necessari substituir-la per una atra nova. Les bateries d'este tipo que es venen actualment utilisen un electròlit en pasta, que no s'evapora i fa molt més segura i cómoda la seua utilisació.

Ventages

• Baix cost.
• Fàcil fabricació.

Desventages

• No admeten sobrecàrregues ni descàrregues profundes, veent sériament disminuïda la seua vida útil.
• Altament contaminants.
• Baixa densitat d'energia: 30 Wh/kg.

• Pes excessiu, en estar composta principalment de plom; per esta raó el seu us en automòvils elèctrics es considera poc llògic pels tècnics electrònics en experiència. El seu us es restringix per esta raó.

Característiques

• Voltage proporcionat: 2 V/element.

Quan vàries celes s'agrupen per a formar una bateria comercial, reben el nom de gots, que es conecten en série per a proporcionar un major voltage. Dits gots es contenen dins d'una caixa de polipropileno copolímer d'alta densitat en compartimientos estancs per a cada cela. La tensió suministrada per una bateria d'este tipo es troba normalisada en 12 volts si posseïx 6 elements o gots per a vehículs llaugers i 24 Volts per a vehículs pesats en 12 gots. En alguns vehículs comercials i agrícoles antics encara s'utilisen bateries de 6 volts, de 3 elements o gots.

• Densitat d'energia: 30 Wh/kg.

Usos

Este tipo d'acumulador se seguix utilisant en moltes aplicacions: en els automòvilés (per a l'arrancada), sistemes fotovoltaics i en aplicacions estacionarias com a acumuladors per a fonts d'alimentació ininterrompudes per a equips mèdics, informàtics, equips de seguritat, etc.

Bateries de níquel-ferro (Ni-Fe)

Erro al crear miniatura:

Thomas A. Edison en la seua bateria de níquel-ferro.

la bateria de níquel-ferro, també denominada de ferroníquel, va ser inventada per Waldemar Jungner en 1899, posteriorment desenrollada per Thomas Alva Edison i patentada en 1903. En el disseny original d'Edison el càtodo estava compost per rencs de fins tubos formats per laminas enrollades d'acer niquelado, estos tubos estan farcidures d'hidròxit de níquel o oxi-hidròxit de níquel (NiOOH). L'ànodo es componia de caixes perforades primes d'acer niquelado que contenen pols d'òxit ferroso (LLEIG). L'electròlit és alcalino, una dissolució d'un 20 % de potasa càustica (KOH) en aigua destilada.

Càrrega i descarrega

Els electrodos no es dissolen en el electròlit, les reaccions de càrrega/descarrega són completament reversibles i la formació de cristals de ferro preserva els electrodos per la qual cosa no es produïx efecte memòria lo que conferix a esta bateria gran duració. Les reaccions de càrrega i descàrrega són les següents:

Càtodo: 2 NiOOH + 2 H₂O + 2 i^– ↔ 2 Ni(OH)₂ + 2 OH^–

Ànodo: Fe + 2 OH^– ↔ Fe(OH)₂ + 2 i^–

(Descàrrega es llig d'esquerra a dreta i càrrega de dreta a esquerra.)

Ventages

• Baix cost.
• Fàcil fabricació.
• Admet sobrecàrregues, repetides descàrregues totals i inclús curtcircuits sense pèrdua significativa de capacitat.
• No és contaminant, no conté metals pesats i el electròlit diluït es pot usar en aplicacions agrícoles.
• Molt llarga vida útil, alguns fabricants parlen de més de 100 anys d'esperança de vida en els electrodos i 1000 cicles de descàrrega 100 % en el electròlit. El electròlit es deu canviar cada 20 anys segons instruccions d'us redactades pel propi Edison.
• Composta d'elements abundants en la corfa de la terra (ferro, níquel, potassi)

• Funciona en un major ranc de temperatures, entre −40 °C i 46 °C

Desventages

• Solament posseïx una eficiència del 65 %.^{cita requerida}

Característiques

• Voltage proporcionat: 1,2 1,4 V
• Densitat d'energia: 40 Wh/kg
• Energia/volum: 30 Wh/l
• Potencia/pes: 100 W/kg

Bateries de níquel-cadmi (Ni-Cd)

Artícul principal → Bateria de níquel cadmi.

Utilisen un càtodo d'hidròxit de níquel i un ànodo d'un compost de cadmi. El electròlit és d'hidròxit de potassi. Esta configuració de materials permet recarregar la bateria una volta està agotada, per a la seua reutilisació. No obstant, la seua densitat d'energia és de tan sol 50 Wh/kg, lo que fa que tinguen poca capacitat.

Ventages

• Admeten un gran ranc de temperatures de funcionament.
• Admeten sobrecàrregues, es poden seguir carregant quan ya no admeten més càrrega, encara que no l'almagasena.

Desventages

• Efecte memòria molt alt.
• Densitat d'energia baixa.

Característiques

• Voltage proporcionat: 1,2 V
• Densitat d'energia: 50 Wh/kg
• Capacitat usual: 0,5 a 1,0 A (en piles tipo AA)
• Efecte memòria: molt alt

Bateries de níquel-hidrur metàlic (Ni-MH)

Erro al crear miniatura:

Un carregador de bateries AA, vàlit per a Ni-MH i Ni-Cd.

Artícul principal → Bateria de níquel i hidrur metàlic.

Utilisen un ànodo d'hidròxit de níquel i un càtodo d'una aleació d'hidrur metàlic.

Ventages

• Este tipo de bateries es troben menys afectades pel cridat efecte memòria.

Desventages

• No admeten be la fredor extrema, reduint dràsticament la potència eficaç que pot entregar.

Característiques

• Voltage proporcionat: 1,2 V
• Densitat d'energia: 80 Wh/kg
• Capacitat usual: 0,5 a 2,8 A (en piles tipo AA)
• Efecte memòria: baix

Bateries d'ions de liti (Li-ion)

Artícul principal → Bateria d'ion de liti.

Les bateries d'ions de liti (Li-ion) utilisen un ànodo de grafit i un càtodo d'òxit de cobalt, trifilina (LiFePO₄) o òxit de manganeso. El seu desenroll és més recent, i permet aplegar a altes densitat de capacitat. No admeten descàrregues i sofrixen molt quan estes succeïxen; per lo que solen dur acoplada circuitería adicional per a conéixer l'estat de la bateria, i evitar aixina tant la càrrega excessiva com la descàrrega completa.

Ventages

• A penes sofrixen l'efecte memòria i poden carregar-se sense necessitat d'estar descarregades completament, sense reducció de la seua vida útil.
• Altes densitat de capacitat.

Desventages

• No admeten be els canvis de temperatura.
• No admeten descàrregues completes i sofrixen molt quan estes succeïxen.

Característiques

• Voltage proporcionat:
  • A plena càrrega: entre 4,2 V i 4,3 V depenent del fabricant.
  • A càrrega nominal: entre 3,6 V i 3,7 V depenent del fabricant.
  • A baixa càrrega: entre 2,65 V i 2,75 V depenent del fabricant (este valor no és un llímit, es recomana).
• Densitat d'energia: 115 Wh/kg

• Capacitat usual: 1,5 a 2,8 A (en piles tipo AA)
• Efecte memòria: molt baix

Usos

Mòvils, tabletas, llibres electrònics, etc.

Bateries de polímero de liti (LiPo)

Són una variació de les bateries d'ions de liti (Li-ion). Les seues característiques són molt similars, pero permeten una major densitat d'energia, aixina com una taxa de descàrrega prou superior. Estes bateries tenen un tamany més reduït respecte a les d'atres components.

Bateria de polímero de liti (LiPo) d'11,1 V.

Cada cela té un voltage nominal de 3,7 V, voltage màxim 4,2 V i mínim 3,0 V. Este últim deu respectar-se rigorosament ya que la pila es danya irreparablemente a voltages menors a 3 volts. Se sol establir la següent nomenclatura XSYP que significa X celes en série, i I en paral. Per eixemple 3s2p són dos bateries en paral, a on cada una té tres celes o cèles. Esta configuració es conseguix conectant abdós bateries en un cable paral.

Ventages

• Major densitat de càrrega, per tant tamany reduït.
• Bona taxa de descàrrega, prou superior a les d'ions de liti.

Desventages

• Queden casi inutilisades si es descarreguen per baix del mínim de 3 volts.

Tipos

Les bateries LiPo es venen generalment de 1S a 4S lo que significa:

• Li-PO 1S: una cela, 3,7 V.
• Li-PO 2S: dos celes, 7,4 V.
• Li-PO 3S: tres celes, 11,1 V.
• Li-PO 4S: quatre celes, 14,8 V.

Usos

El seu tamany i pes les fa molt útils per a equips chicotets que requerixquen potència i duració, com a mans lliures bluetooth.

Piles de combustible

Artícul principal → Pila de combustible.

la pila de combustible no es tracta d'un acumulador pròpiament dit, encara que convertix energia química en energia elèctrica i és recarregable. Funciona en hidrogen (S'usen atres combustibles com el metà o el metanol per a obtindre l'hidrogen).

Condensador d'alta capacitat

Artícul principal → Supercondensador.

Encara que els condensadores d'alta capacitat no siguen acumuladors electroquímics en sentit estricte, en l'actualitat s'estan conseguint capacitats lo suficientment grans (varis faradis, F) com per a que li'ls puga utilisar com a bateries quan les potències a suministrar siguen chicotetes, en relació en la seua capacitat d'almagasenament d'energia. Per això s'usen com a bateria en alguns rellongeés de polsera que arrepleguen l'energia en forma de llum a través de cèles fotovoltaiques, o per mig d'un chicotet generador accionado mecánicamente pel moll de la corda del rellonge. Encara que funcionen com a acumuladors se'ls sol cridar condensadores, ya que condensan o almagasenen la corrent elèctrica encara que esta fluctue en el circuit.

Taula comparativa dels diferents tipos d'acumulador

Tipo	Energia/ pese	Tensió per element (V)	Duració (número de recarregues)	Temps de càrrega	Auto-descarrega per més (% del total)
Plom	30-40 Wh/kg	2 V	1000	8-16h	5 %
Ni-Fe	30-55 Wh/kg	1,2 V	+ de 10 000	4-8h	10 %
Ni-Cd	48-80 Wh/kg	1,25 V	500	10-14h *	30 %
Ni-Mh	60-120 Wh/kg	1,25 V	1000	2h-4h *	20 %
Li-ion	110-160 Wh/kg	3,7 V	4000	2h-4h	25 %
Li-Po	100-130 Wh/kg	3,7 V	5000	1h-1,5h	10 %

* Les bateries de níquel es poden carregar fins a en 30 minuts, en càrregues ràpides, pero disminuïx la seua vida i es calfen en excés, sent les úniques que admeten este tipo de càrregues.

Tipos de bateria per tamany i forma

Artícul principal → Anexe:Tipos de pila.

Per lo que als seus tamanys i atres característiques externes es referix, moltes d'elles són comunes a piles i bateries (acumuladors), estan normalisades.

Reciclage de bateries

Com s'ha vist, la majoria de bateries contenen metals pesats i composts químics, molts d'ells perjudicials per al mig ambient. En la majoria dels països no està permés tirar-les al fem i és obligatori dur-les a un centre de reciclat. També, la majoria dels proveïdors i tendes especialisades es fan càrrec de les bateries gastades. És molt important complir en estes mides de precaució. El trencament d'algunes bateries pot lliberar vapor de mercuri que incrementa el risc d'enverinament per mercuri.

Mercurio

La lliberació del mercuri contingut en piles ha ocorregut a conseqüència de l'us de tres tipos de piles: les d'òxit de mercuri, les de C-Zn i les alcalinas. En el primer tipo, el contingut de dit metal és del 33 %, i es varen usar tant en el model de botó com en atres tamanys, a partir de 1955. Teòricament, es varen deixar de produir en 1995, encara que hi ha fonts d'informació que indiquen que dit procés continua en Àsia i es distribuïxen en el mercat internacional.

Per al segon i tercer tipo de piles, se sap que durant vàries décades, abans de 1990, se'ls agregava mercuri (entre 0,5 a 1,2 %) per a optimisar el seu funcionament, sent les alcalinas les de major contingut; també el carbó que contenen algunes voltes està contaminat en este metal de manera natural. En 1999, l'INE de Mèxic va solicitar un anàlisis de mostres de tres marques diferents de piles del tipo AA, de consum normal en eixe país, de les quals dos eren de procedència asiàtica (de C-Zn) i una alcalina de procedència europea. Els resultats varen ser els següents: per a les de procedència asiàtica, els valors obtinguts varen ser de 0,18 mg/kg i de 6,42 mg/kg; sobre la de procedència europea el resultat va ser de 0,66 mg/kg; dites cantitats, equivalents a parts per milló, no regloten els llímits de 0,025 % establits en el Protocol sobre metals pesats adoptat en 1998 en Aarhus, Dinamarca, pels països membres de la Comissió Econòmica per a Europa de les Nacions Unides (UNECE). En Mèxic, atres fonts de mercuri la constituïxen l'indústria de clor/moixa, que ho utilisa com a càtodo en el procés electrolític; també productes com a termómetros, varis tipos d'interruptors i llànties fluorescents. Segons informació oficial ya no s'extrau mercuri en Mèxic, encara que es dispon de senyes sobre importació per un monte de 130 tonellades en els últims tres anys. El mercuri és un contaminant local i global per excelència (vejau enverinament per mercuri). La química ambiental corresponent a este metal tòxic és molt complexa, donades les seues propietats; s'evapora a temperatura ambiente i els seus àtoms viagen llunt; en ser depositat en els cossos d'aigua es transforma en mercuri orgànic (metil-mercuri) per mecanismes aeròbics o anaeròbics; és aixina com es contaminen, entre uns atres, els peixos i mariscs. Una atra forma d'enverinament per mercuri és l'inhalació dels vapors emesos pel mercuri en la seua forma metàlica en ambients tancats. El metil-mercuri pot travessar la placenta, acumular-se, i provocar dany en el cervell i en els teixits dels neonato, els qui són especialment sensibles a esta substància. També pot existir exposició al mercuri a través de la llet materna; en este cas, els efectes poden provocar problemes de desenroll, retarts en l'anar, en el parla o mentals, falta de coordinació, ceguera i convulsions. En adults, l'exposició constant, a través de l'ingesta d'aliments contaminats, peixcats per lo general, pot provocar canvis de personalitat, pèrdua de visió, memòria o coordinació, sordera o problemes en els renyons i pulmons i enverinament per mercuri. L'Agència Internacional per a l'Investigació sobre el Càncer (IARC, per les seues sigles en anglés) de l'Organisació Mundial de la Salut (OMS), considera al metil-mercuri i els seus composts com possiblement cancerígeno en sers humans (Grup 2B). El metil-mercuri, que és la forma més tòxica, s'acumula en els teixits dels peixos; la presència de mercuri en peixos de major tamany i de major edat tendix a ser més alta.

Manganeso

Ya que els tipos de pila més consumits són alcalinas i C-Zn (aproximadament el 76 % del consum total de piles i bateries), l'òxit de manganeso contingut en elles és el contaminant que en major volum s'ha lliberat al mig ambient en les últimes quatre décades, lo que representa aproximadament 145 917 tonellades. Respecte dels efectes adversos ocasionats en la salut humana per esta substància, diversos estudis sugerixen efectes neurològics sérios per exposició oral al manganeso. Per eixemple, un estudi fet per l'OMS reporta que en 1981 es va notificar una intoxicació en una comunitat de Japó, deguda a que prop d'un pou d'aigua es varen enterrar aproximadament 400 peces de piles a una distància aproximada de dos metros, la qual cosa va provocar 16 casos d'enverinament; tres varen ser fatals (incloent un suïcidi). Els nivells de manganeso detectats en l'aigua d'eixe pou varen ser de 14 miligrams per litro, mentres que en atres dos pous els nivells varen alcançar 8 i 11 miligrams per litro. Els subjectes de la comunitat varen exhibir desórdens de tipo sicològic i neurològic associats a l'intoxicació.

Vore també

• Pila elèctrica
• Bateria d'automòvil
• Carregador de bateries
• Estació de càrrega
• Vehícul híbrit elèctric enchufable
• Pila de llima
• Supercondensador
• Vehícul elèctric
• Vehícul híbrit

Bibliografia

• Catalá d'Alemany (1963). Física general, 3ª edició, Valéncia: SABER.

Enllaços externs

Commons

• Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre bateries.
• com/2013/02/especial-baterias-parte-i-el-abc-de-les. html'ABC de les bateries
• nickel-iron-battery. com/ Informació sobre bateries de ferro-níquel (en anglés).
• archive. org/web/20061207105116/http://www. elektron. org/bateria.pdf Comprovació de l'estat de càrrega de la bateria de 12 V de plom-àcit.
• lanacion. com. ar/nota. asp? nota_id=937535 Sony crea bateries que funcionen en sucre.
• com/calidad-de-la-energia/baterias Eixemples de bateries per a manteniment elèctric
• about. com/library/inventors/blbattery. htm Història de la bateria elèctrica about. com/library/inventors/blbattery. htm archivat en Wayback Machine. (en anglés).
• archive. org/web/20031206184001/http://www. hepi. com/basics/pb. htm Introducció a les bateries (en anglés).
• com/ Battery University (en anglés).
• com/productos/mantenimiento-carga-baterias/descargadores-baterias/descargador-baterias-amperis/ Descargadores de bateries
• [Desenrollen una bateria per a teléfons mòvils que s'alimenta de sucre.]^{[enllaç trencat]}
• ^{[enllaç trencat]}