INDICE • Tipos de Pilas Recargables (Secundarias) −Pilas de Ácido−Plomo −Alcalinas de almacenamiento −Pilas de hidróxido de Níquel−Cadmio −Pilas de hidróxido de Níquel−Zinc −Pilas de hidróxido de Níquel−Hierro −Pilas de hidróxido de Níquel−Hidrógeno −Pilas Alcalinas recargables −Pilas de Oxido de Plata−Zinc −Pilas Secundarias de Litio −Pilas Secundarias de Socio−Sulfuro • Ventajas y Desventajas de Las Pilas • Baterías −Baterías de Litio −Baterías de Níquel−Cadmio −Baterías Recargables NiMh • Recomendaciones para cargar pilas y baterías • Conclusión • Bibliografía TIPOS DE PILA RECARGABLES (SECUNDARIAS) −Pilas de ácido−plomo: Este tipo de pila ha sido la pila recargable mas ampliamente usada en el mundo. La mayoría de este tipo de pilas son construidas de planchas de plomo o celdas, donde una de estas, el electrodo positivo, esta cubierto con dióxido de plomo en una forma cristalina entre otros aditivos. El electrolito esta compuesto de ácido sulfúrico, y este participa en las reacciones con los electrodos donde sulfato de plomo es formado y lleva corriente en forma de iones. Estudios demuestran que la pila de plomo−ácido tiene una densidad energética de aproximadamente 20 veces mayor que la de las pilas de niquel−cadmio o niquel−hierro. La razón por la cual este tipo de pila ha sido tan exitosa es que tiene un gran rango de entregar gran o poca corriente; una buena vida de ciclo con una gran fiabilidad para cientos de ciclos, facilidad de recargar, su bajo 1

costo en comparación al resto de las recargables, alto voltaje (2.04 volts por celda), facilidad de fabricación y la facilidad de salvataje de sus componentes. −Pilas alcalinas de almacenamiento: en las pilas de almacenamiento de este tipo la energía es derivada de la reacción química en una solución alcalina. Este tipo de pilas usan diversos materiales como electrodos tal como los que nombraremos a continuación. Pilas de hidróxido de niquel−cadmio: Estas son las pilas portátiles más comunes que existen. Tienen la característica de poder dar corrientes excepcionalmente altas, pueden ser rápidamente cargadas cientos de veces, son tolerantes al abuso de sobrecarga. Sin embargo, comparadas con otros tipos de pila primarias e incluso con otras de su tipo, estas pilas son pesadas y tienen una limitada densidad energética. Estas pilas funcionan mejor si es que son dejadas a descargarse completamente antes de cargarse nuevamente, sino puede producirse un fenómeno conocido como el efecto de la memoria donde las celdas se comportan como si estas tuvieran menos capacidad para la cual fueron hechas. Su uso es muy variado podemos encontrarlas desde los sistemas de partida para los motores de un avión hasta en el walkman que uno esta usando. Este tipo de pila se comporta bien bajo temperaturas frías. Pilas de hidróxido de niquel−zinc: están bajo investigación y si su vida puede ser alargada podrían ser un viable substituto para las pilas de niquel−cadmio. Pilas de hidróxido de niquel−hierro: este tipo de pilas puede proveer miles de ciclos, pero no al recargar necesitan mucha energía y al funcionar se calientan mas de lo deseado. Pilas de hidróxido de niquel−hidrógeno: Estas pilas fueron desarrolladas principalmente para el programa espacial de los EE.UU. Los estudios demuestran que aleaciones de niquel pueden reversiblemente disolver o soltar hidrógeno en proporcionalmente a cambios en la presión y temperatura. Este hidrogeno serviría como un material de ánodo. Hay especulación de que este tipo de pila podría reemplazar a la de niquel−cadmio en alguna aplicaciones. Pilas alcalinas recargables de dióxido de zinc−manganeso: Este tipo de pilas fueron diseñadas para actuar como substitutos en sistemas donde se requieran cantidades moderadas de energía. Su gran densidad energética y su bajo costo incitan a mas estudios. Pilas de oxido de plata−zinc: Aunque son caras, estas pilas son usadas cuando la densidad energética, el tamaño, y el peso son fundamentales. Después de años de que su uso fue restringido a minas y torpedos su uso se ha ido diversificando hasta llegar a la exploración submarina y sistemas de comunicaciones. −Pilas secundarias (o de almacenamiento) de litio: Este tipo de pila muestra una gran promesa a futuro ya que su energía teóricamente va de 600 a 2,000 wats por 2

hora por kg. Algunos elementos con los cuales se investiga son: disulfito de litio−titanio, dióxido de litio−manganeso y disulfito de litio−molibdeno. −Pilas secundarias (o de almacenamiento) de sodio−sulfuro: Mucha experimentación se ha llevado a cabo con este tipo de pila que funciona al rededor de los 350 grados C'. Aun se deben resolver bastantes problemas relativo a su estabilidad. Especialmente cuando se toma en cuenta que necesita ser enfriada y calentada entre usos. Pero su economía y la entrega de 2.3 volts hacen que este sistema sea extremadamente atractivo, especialmente en el área de los automóviles eléctricos. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS PILAS.− Hoy en día, las pilas ya son parte de nuestro diario vivir. Siempre usamos aparatos de nuestra vida cotidiana que usan pilas o están relacionados con una. Además, la tecnología nos ha servido cada vez mas para poder crear pilas de mayor duración y efectividad para que así cumplan su objetivo en mejor forma. Las pilas son tan usadas en nuestra vida diaria que su desaparición significarían desde que alguien no despertara debido a que no le sonó el despertador hasta la muerte de alguien que usaba marcapasos. Por ejemplo, hoy en día la computación cada día está más avanzada y más interiorizada en la sociedad. Pero ¿qué sería de un computador sin pila? No podríamos ni siquiera prenderlo ya que al hacerlo, no sabría que hacer ni que programa ejecutar ya que esa memoria que es almacenada gracias a la pila, se habría perdido. O la información que guardamos en el disco duro desaparecería ya que éste necesita una pila también. Otra ventaja de la pila, es la posibilidad que le ha dado a millones de personas de seguir viviendo, ya que un marcapaso está compuesto por una pila, y es precisamente de esa pila de lo que depende la vida de aquella persona. Ejemplos de ventajas de las pilas más banales, pero no por eso menos importantes, sería fijarse en cuantos de los aparatos de los que usamos a diario usan pilas. No podríamos tener relojes, radios, televisores, otros aparatos portátiles, en fin una serie de aparatos con los cuales ya estamos acostumbrados a vivir. Pero creemos que lo importante de las ventajas y desventajas de las pilas, es nombrar en este trabajo las desventajas con sus soluciones ya que frecuentemente son menos conocidas y no preocupantes. Las ventajas en general siempre se tienen en cuenta. Ambas contienen diferentes porcentajes de mercurio. Las otras tres también se venden mucho y son las baterías, botón de los relojes, calculadoras, cámaras de fotos. El porcentaje de óxido de mercurio en éstas puede llegar al 50% de su peso total. En ambos grupos existe un elemento altamente contaminante: el mercurio. Cuando uno arroja pilas con mercurio a la basura, estas van a parar junto con el resto de los residuos a la tierra. Y a pesar de estar descargadas, seguirán descargando ese mineral a su alrededor. Si multiplicamos las pilas que usa cada habitante por la cantidad de habitantes, nos daremos cuenta con horror, cómo estamos contaminando nuestra tierra con mercurio. O sea, que la posibilidad de ingesta de este mineral no es un mal lejano. Puede provocar daños cerebrales, en los riñones y en la función motor. La mayoría (no todas) de las pilas y baterías "recargables" de ahora, carecen de mercurio. Sin embargo contienen níquel y cadmio, dos metales pesados altamente tóxicos.

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La exposición al níquel puede destruir los tejidos de las membranas nasales. Mientras los estudios sobre el cadmio, lo califican como cancerígeno y causante de trastornos en el aparato digestivo. Además de resultar altamente peligroso para las embarazadas. Jamás hay que tirar las pilas al inodoro o al río debido a que tienen un altísimo poder de contaminación en el agua. En cuanto al destino final de las pilas, no es posible hoy en nuestro país y en muchos otros, pensar en el reciclado, no quedando otra alternativa que el almacenamiento en condiciones controladas. Para las pilas alcalinas, no existe tecnología de reciclado desarrollada. En cuanto a las pilas de mercurio, que sí es posible reciclar, el problema es que el proceso es tremendamente costoso. A corto y mediano plazo, no se vislumbra otro método posible que sustituir los metales tóxicos por otros que no presenten peligros, pero las alternativas que hasta ahora se han manejado, no ofrecen una solución universalmente practicable. En Alemania, existe desde 1986, un convenio entre el Ministerio de Medio Ambiente y los fabricantes, a fin de reducir el contenido de mercurio en las pilas. En España se busca una línea de pilas sin mercurio, y en diferentes países europeos se viene estudiando el problema relativo al poder contaminante que ellas poseen. Las pilas son generadores portátiles que convierten la energía química en eléctrica. Por sus características químicas, pueden considerarse residuos nocivos con presencia de metales pesados. Las pilas alcalinas, están compuestas por dióxido de manganeso y zinc, y las comunes por zinc y carbono. Baterías Introducción Actualmente existen dos tipos de baterías recargables que dominan el mercado: las baterías de plomo y las de niquel−cadmio. Las baterías de plomo reinan en nuestros automóviles pero sólo destinadas a cubrir las necesidades de arranque, iluminación e ignición (no tienen suficiente energía para mover el coche). Las baterías de níquel−cadmio a falta de mejores baterías, se emplean en artículos de electrónica de consumo como videocámaras y ordenadores o teléfonos móviles. BATERIAS DE LITIO En los primeros prototipos de baterías de litio, el electrodo positivo (cátodo) era normalmente un óxido o sulfuro metálico con la capacidad de intercalar y desintercalar iones litio en los procesos de descarga y carga de la batería de un modo reversible; el electrodo negativo (ánodo) en estos primeros sistemas estaba constituido por litio metálico que debía sufrir procesos igualmente reversibles de disolución durante la descarga y deposición durante la recarga. Para llegar a ser realmente aplicables las baterías de litio han tenido que superar inconvenientes, algunos de ellos graves. El más serio obstáculo para la comercialización de baterías de litio recargables se derivó precisamente de la gran reactividad del litio metálico que podría representar problemas de seguridad; el uso del metal como ánodo se vio asociado a problemas de crecimiento dendrítico del litio durante los procesos de recarga continuados. Este comportamiento llegó a ser causa de problemas de funcionamiento y seguridad. Afortunadamente estos problemas se resolvieron de forma totalmente satisfactoria con la introducción de dos variantes dentro de esta tecnología: las baterías de "ion−litio", y el desarrollo de electrolitos polimericos plásticos menos reactivos que sus análogos líquidos. En 4

las baterías de ion−litio el ánodo no está formado por litio metálico sino por otro material mucho más seguro, como por ejemplo el grafito, capaz de intercalar (o almacenar) iones de litio en una forma menos reactiva que la del litio metálico, sin un notable detrimento de su densidad energética. DURANTE LA DESCARGA: Los iones litio (amarillos) cambian espontáneamente del electrodo negativo (negro) al electrolito (azul) y de éste al electrodo positivo (rojo). El electrolito permite el paso de iones pero no de electrones. Al mismo tiempo, los electrones fluyen espontáneamente del electrodo negativo al positivo a través del único camino que les dejamos libre: a través de nuestro circuito eléctrico. A medida que avanza la descarga, el potencial (E) de cada electrodo cambia de forma que su diferencia disminuye y cae por tanto el voltaje de la celda (Delta E) a medida que sacamos carga eléctrica (Q) de la batería. DURANTE LA CARGA: Bombeamos electrones en el electrodo negativo y los extraemos del positivo. Hacemos por tanto el electrodo negativo más negativo y el positivo más positivo y aumentamos así la diferencia de potencial entre ellos, o, lo que es lo mismo, el voltaje de la celda. Este proceso fuerza también a los iones litio a salir del electrodo positivo y a intercalarse en el negativo. NOTA: Siempre empleamos más energía en cargar la batería de la que ésta nos da durante la descarga. La Naturaleza es así, pero uno de nuestros objetivos es minimizar esta diferencia. − BATERIAS DE NIQUEL CADMIO Introducción Dentro de todo equipo electrónico portátil, debe existir una fuente de poder o de alimentación, En gran mayoría de los casos, esta fuente de poder esta constituida por un paquete de baterías; en algunos casos recargables en otros baterías comunes o alcalinas. Carga de la Batería Para cargar una batería, es necesario hacer fluir una cantidad de energía a través de ella (flujo de corriente). Esta cantidad de flujo de energía es lo que llamamos rata de carga, la cual se mide en miliamperio (mA) y de la que depende el tiempo necesario para lograr la carga completa de la batería. La rata de carga es de vital importancia durante la carga de la batería, pues un exceso de ella pueda dañar, deteriorar o disminuir la vida útil de la batería. Existen 4 métodos de carga de baterías: Carga larga o normal, carga rápida, carga acelerada, y carga de goteo, pero el mas utilizado es la carga larga o normal Carga Larga o Normal: Con este método una batería recargada alcanza su 100% de carga entre 14 y 16 horas. La carga esta determinada por la formula C/10, donde C corresponde a la capacidad de la batería en miliamperios hora. Este método de carga es el mas usado y además el mas seguro, pues la baterías de NI−CD pueden permanecer bajo esta carga durante largos periodos; días e inclusive semanas sin sufrir daños. Carga rápida: Una batería de NI−CD descargada, puede alcanzar su carga máxima en 4 o 6 horas, el tiempo de carga esta determinada por C/3, es decir, la capacidad especificada de la batería dividido por 3.

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Muchas baterías de NI−CD pueden aceptar este tipo de carga, pero este no es muy recomendable, porque el tiempo de vida útil de la batería. Carga Acelerada: Con una carga acelerada se logra el 100% de la carga de la batería en 15 minutos o menos. La carga la determina la formula 3C o tres veces la capacidad especificada de la batería. Muchas baterías de NI−CD hoy en día aceptan este tipo de carga, sin embargo, esta solo debe utilizarse utilizando cargadores especializados porque el tiempo de carga es muy critico para prevenir la sobrecarga y deterioro de la batería. Carga de Goteo: Esta carga proporciona a la batería la energía perdida durante el tiempo en que este sin uso. La rata de carga se define como C/50. Las baterías de NI−CD pueden permanecer bajo esta rata de carga durante un tiempo indefinido, sin que estas sufran daños y sosteniendo siempre el 100% de la carga. El uso de esta carga es solo para sostener la carga de la batería, mas no para cargarla. Recomendaciones para el cuidado: • No exponga sus baterías a temperaturas extremas. El exceso de Calor o de frío puede ser fatal para las baterías. • Cuando no estén en uso, guarde las baterías completamente cargadas, esto evitara la formación de corto circuitos en las celdas de la batería. • Tenga cuidado de no sobrecargar las baterías, esto puede ocurrir por exceso en el tiempo de carga • Inspeccione periódicamente los paquetes de baterías en busca de sulfatos. Malas soldaduras o deterioro de cables. BATERIAS RECARGABLES NIMH Introducción Muchas de las características de operación de las baterías de NiMh son similares a las de las baterías de Ni. Cd. Sin embargo, as baterías de NiMh tienen como ventaja la alta densidad de energía que implica un mayor tiempo de vida. Además el NiMh es ambientalmente mas amigable que el NiCd y otras sistemas por no contener adiciones a Cadmio ni plomo. Carga de la batería. Carga Rápida: Las baterías de NiMh pueden cargarse rápidamente en aproximadamente 1 hora usando para ello un sistema cargador especialmente diseñado. Carga Lenta o Normal: La carga deberá detenerse después 12 horas para una batería completamente descarga. Si la batería no esta completamente descargada. La aplicación de 12 horas de carga, sobrecargará la batería. Carga Súper Rápida: Para lograr cargar completamente una Batería de NiMh en 1 hora sin sobrecargarla y sin que esta sufra deterioro por temperatura, es necesario que el sistema de carga este equipado con sistemas de terminación de carga combinados (temperatura dT/dt, Voltaje " V, Tiempo). RECOMENDACIONES GENERALES PARA CARGAR PILAS Y BATERIAS La carga es el proceso por el cual se reestablece la energía descargada a una batería; es decir, restablece la capacidad original de la batería. • Lo Primero será determinar el tipo de batería y toda la información que podamos obtener de ella. En el empaque de la batería o paquete, debe haber como mínimo los datos correspondientes a su capacidad, composición química y voltaje; además, algunas de ellas incluyen una anotación sobre la forma como 6

deberá ser cargada. • Para cargar una batería eficientemente sin deteriorarla y sin disminuir su tiempo de vida útil, hay que tener en cuenta lo siguiente: − Elegir la rata de carga adecuada − Durante la carga mantener controlada la temperatura − Utilizar el método mas apropiado para detectar la terminación de carga. • El método apropiado de carga para una batería esta determinado por: La corriente o el voltaje que se debe aplicar a la batería, además del sistema que se usara para el corte de la carga o la detección de la que la batería se encuentra completamente cargada. CONCLUSIÓN −Como hemos observado en el trabajo exinten muchos tipos de pilas y baterias recargables, gracias ha este trabajo se puede observar el proceso de carga o descarga de algo tan cotidiano como una simple pila, o de una bateria del un coche. En un futuro veo la invención de una pila más ecoligica y barata, que nos ayude a satisfacer nuestras tareas mas cotidianas sin dañar al medio ambiente, ni nuestro bosillo. BIBLIOGRAFÍA − Casi todo el trabajo ha sido sacado de internet, sin embargo me ha sido de gran ayuda la enciclopedia. Electrónica General Electrónica Página 7 23/01/02

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