¿Cómo funcionan las baterías?

¿Qué es una batería?

Una batería es una fuente de energía química autónoma que puede producir una cantidad limitada de energía eléctrica donde sea que se necesite. A diferencia de la electricidad normal, que fluye a su hogar a través de cables que comienzan en una planta de energía, una batería convierte lentamente los químicos empaquetados dentro de ella en energía eléctrica, generalmente liberada durante un período de días, semanas, meses o incluso años.

¿Cuáles son las partes principales de una batería?

La unidad de potencia básica dentro de una batería se llama celda y consta de tres bits principales. Hay dos electrodos (terminales eléctricos) y una sustancia química llamada electrolito entre ellos. Para nuestra conveniencia y seguridad, estas cosas generalmente se empaquetan dentro de una carcasa exterior de metal o plástico. Hay dos terminales eléctricos más prácticos, marcados con un más (positivo) y menos (negativo), en el exterior conectados a los electrodos que están dentro. La diferencia entre una batería y una celda es simplemente que una batería consta de dos o más celdas conectadas para que su potencia se sume.

Cuando conecta los dos electrodos de una batería en un circuito (por ejemplo, cuando coloca uno en una linterna), el electrolito comienza a zumbar con actividad. Poco a poco, los productos químicos en su interior se convierten en otras sustancias. Los iones (átomos con muy pocos o demasiados electrones) se forman a partir de los materiales en los electrodos y participan en reacciones químicas con el electrolito. Al mismo tiempo, los electrones marchan de un terminal a otro a través del circuito externo, alimentando cualquier batería a la que esté conectada. Este proceso continúa hasta que el electrolito se transforma por completo. En ese punto, los iones dejan de moverse a través del electrolito, los electrones dejan de fluir a través del circuito y la batería está descargada.

¿Por qué las baterías necesitan dos materiales diferentes?

Es importante tener en cuenta que los electrodos en una batería siempre están hechos de dos materiales diferentes (por lo tanto, nunca ambos del mismo metal), que obviamente tienen que ser conductores de electricidad. Esta es la clave de cómo y por qué funciona una batería: uno de los materiales “le gusta” dejar los electrones, el otro le gusta recibirlos. Si ambos electrodos estuvieran hechos del mismo material, eso no sucedería y no fluiría corriente.

Para entender esto, necesitamos profundizar en la historia de la electricidad hasta 1792, cuando el científico italiano Luigi Galvani descubrió que podía generar electricidad con un poco de ayuda de la pata de una rana.

Para más detalles mira mi comentario !!!!

¿Cómo funciona una batería?

¿De dónde viene realmente la energía de una batería? ¡Miremos más de cerca!

Aquí está mi batería conectada a una bombilla de linterna para hacer un circuito simple. Desenvolví un clip para hacer un trozo de cable de conexión y lo sostengo entre la parte inferior de la batería y el lado de la bombilla. Si miras de cerca, puedes ver que la bombilla está brillando. ¡Eso es porque los electrones están marchando a través de él!

¿Ánodo y cátodo?

Ahora aquí está lo que está sucediendo adentro. El terminal positivo de la batería (que se muestra justo arriba de mi pulgar izquierdo en la foto y de color rojo en la ilustración de abajo) está conectado a un electrodo positivo que está oculto en su mayoría dentro de la batería. Llamamos a esto el cátodo. La carcasa exterior y la parte inferior de la batería forman el terminal negativo, o electrodo negativo, que también se denomina ánodo y de color verde en la obra de arte. El alambre de clip está representado en el arte por la línea azul.

Aclaremos rápidamente un punto de confusión. En la escuela, ¿habrás aprendido que el cátodo es el electrodo negativo y el ánodo el electrodo positivo? Sin embargo, eso realmente solo se aplica a los electrolitos (pasando electricidad a través de un químico para dividirlo). Las baterías son como la electrólisis que retrocede (separan los productos químicos para producir electricidad), por lo que los términos ánodo y cátodo se cambian. ¿Bueno? Para evitar confusiones, sugiero que es mejor no usar los términos ánodo y cátodo. Es mejor decir “terminal positivo” y “terminal negativo” y luego siempre está claro a qué se refiere, ya sea que se trate de baterías o electrólisis.

Reacciones químicas

Ahora de vuelta a nuestra batería. Los electrodos positivo y negativo están separados por el electrolito químico. Puede ser un líquido, pero en una batería común es más probable que sea un polvo seco.

Cuando conecta la batería a una lámpara y la enciende, comienzan a ocurrir reacciones químicas. Una de las reacciones genera iones positivos (mostrados aquí como grandes manchas amarillas) y electrones (pequeñas manchas marrones) en el electrodo negativo. Los iones positivos fluyen hacia el electrolito, mientras que los electrones (gotas marrones más pequeñas) fluyen alrededor del circuito exterior (línea azul) hacia el electrodo positivo y hacen que la lámpara se ilumine en el camino. Hay una reacción química separada que ocurre en el electrodo positivo, donde los electrones entrantes se recombinan con los iones sacados del electrolito, completando así el circuito.

Los electrones e iones fluyen debido a las reacciones químicas que ocurren dentro de la batería, generalmente dos de ellas que ocurren simultáneamente. Las reacciones exactas dependen de los materiales de los que están hechos los electrodos y el electrolito. (Algunos ejemplos se dan más adelante en este artículo donde comparamos diferentes tipos de baterías. Si desea saber más sobre las reacciones para una batería en particular, ingrese el tipo de batería que le interesa seguido de las palabras “cátodo anódico”). reacciones “en su motor de búsqueda favorito.) Cualesquiera que sean las reacciones químicas que tengan lugar, el principio general de los electrones que circulan por el circuito externo y los iones que reaccionan con el electrolito (entrando o saliendo de él) se aplica a todas las baterías. A medida que una batería genera energía, los productos químicos en su interior se convierten gradualmente en diferentes productos químicos. Su capacidad para generar energía disminuye, el voltaje de la batería cae lentamente y la batería finalmente se agota. En otras palabras, si la batería no puede producir iones positivos porque las sustancias químicas en su interior se han agotado, tampoco puede producir electrones para el circuito externo.

Ahora puede estar pensando: “¡Esperen, esto no tiene ningún sentido! ¿Por qué los electrones simplemente no toman un atajo y saltan directamente del electrodo negativo a través del electrolito al electrodo positivo? Resulta eso, porque De la química del electrolito, los electrones no pueden fluir a través de él de esta manera simple. De hecho, en lo que respecta a los electrones, el electrolito es más o menos un aislante: una barrera que no pueden cruzar. Su camino más fácil hacia lo positivo El electrodo en realidad fluye a través del circuito exterior.

Tipos de baterías:

Las baterías vienen en diferentes formas, tamaños, voltajes y capacidades (cantidades de carga almacenada o energía). Aunque pueden fabricarse con todo tipo de electrolitos y electrodos químicos diferentes, en realidad solo hay dos tipos principales: primario y secundario. Las baterías primarias son ordinarias y desechables que normalmente no se pueden recargar; Las baterías secundarias se pueden recargar, a veces cientos de veces. Puede recargar baterías secundarias simplemente pasando una corriente a través de ellas en la dirección opuesta a la que fluiría normalmente (cuando se está descargando); normalmente no puede hacer esto con baterías primarias. Cuando carga sus teléfonos celulares, realmente solo está ejecutando la batería (y las reacciones químicas dentro de ella) a la inversa.

Baterías primarias:

  • Alcalino
  • Zinc-carbono

  • Pilas de botón

Baterías secundarias (recargables):

  • Plomo-ácido

  • Niquel Cadmio
  • Hidruro de níquel-metal (NiMH)
  • Ion de litio
  • Celdas de combustible

Una breve historia de las baterías.

  • 250 a. C. – 224 d. C.: algunos historiadores afirman que la primera batería se inventó alrededor de esta época, basada en el descubrimiento arqueológico de piezas de hierro y cobre (que se asemejan a electrodos) y un recipiente de arcilla cerca de Bagdad en la década de 1930. Aunque este descubrimiento todavía se conoce comúnmente como la “batería de Bagdad” o “batería de Partia” (después del lugar donde fue descubierto y el período histórico del que data), otros historiadores dudan si de hecho habría producido una corriente eléctrica o Funcionó como una batería.
  • 1744: Ewald Georg von Kleist (1700-1748) inventa el frasco de Leyden, un recipiente de vidrio con papel de aluminio en las caras interna y externa que almacenará la carga eléctrica. Aunque es realmente un condensador (un dispositivo para almacenar electricidad estática), sirve para el mismo propósito que una batería moderna: es una tienda de energía eléctrica portátil. (Muchos de los primeros experimentos sobre electricidad utilizaron frascos de Leyden como su fuente de energía donde usaríamos las baterías hoy).
  • 1749: el estadista e inventor estadounidense Benjamin Franklin (1706-1790) utiliza por primera vez el término “batería” para referirse a una serie de condensadores conectados entre sí.
  • 1800: el físico italiano Alessandro Volta (1745-1827) inventa la pila Voltaica, la primera batería práctica. Lo hace apilando discos de zinc y plata, alternativamente, separados por cartón y empapados en agua salada.
  • 1836: el químico inglés John Daniell (1790-1845) inventa la célula Daniell, una batería más confiable.
  • 1859: el médico francés Gaston Planté (1834-1889) desarrolla la primera batería recargable de plomo-ácido del mundo.
  • 1868: otro francés, Georges Leclanché (1839-1882), desarrolla la moderna batería de zinc-carbono.
  • 1949: el ingeniero químico canadiense Lewis Urry (1927–2004) inventa las baterías alcalinas y de litio para la compañía Eveready Battery.
  • 1970: Mientras trabajaba en la Universidad de Oxford en Inglaterra, el químico estadounidense nacido en Alemania John B. Goodenough (1922–) y sus colegas descubren la ciencia detrás de las baterías de iones de litio. Sony desarrolló las primeras baterías comerciales que utilizan la tecnología en la década de 1990.

¡No tires las pilas a la basura! Algunas baterías contienen metales tóxicos como el cadmio, el mercurio y el plomo, pero todas las baterías están hechas de materiales útiles que pueden reciclarse en cosas nuevas. En lugar de tirar las baterías, intente recogerlas y llevarlas a un punto de reciclaje.

¡La fuente de información es internet!

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Las células de iones de litio se basan en compuestos de intercalación. Los compuestos son materiales con una estructura cristalina en capas que permiten que los iones de litio migren o residan entre las capas. Durante la descarga de una batería de iones de litio, los iones se mueven desde el electrodo negativo a través de un electrolito hasta el electrodo positivo, haciendo que los electrones se muevan en la dirección opuesta alrededor del circuito para alimentar la carga. Una vez que los iones en el electrodo negativo se agotan, la corriente deja de fluir. Al cargar la batería, los iones se mueven hacia atrás a través del electrolito y se incrustan en el electrodo negativo, listos para el próximo ciclo de descarga.

Las células actuales usan compuestos de intercalación basados ​​en litio, como el óxido de litio y cobalto (LiCoO2), para el electrodo positivo, ya que es mucho más estable que el litio puro altamente reactivo y, por lo tanto, es mucho más seguro. Para el electrodo negativo, se utiliza grafito (carbono).

El electrolito es un medio químico que permite el flujo de carga eléctrica entre el cátodo y el ánodo. Cuando un dispositivo está conectado a una batería (una bombilla o un circuito eléctrico), se producen reacciones químicas en los electrodos que crean un flujo de energía eléctrica al dispositivo.

Las baterías tienen dos terminales, uno positivo y otro negativo. Cuando estos dos terminales se unen usando un conductor como el alambre de cobre, los electrones comienzan a moverse dentro de la batería del lado negativo al positivo y la corriente comienza a fluir en la dirección opuesta.

Hay una respuesta más completa a esta pregunta aquí: http://mocomi.com/how-do-batteri

La energía química de una batería se convierte en energía eléctrica. Algunas baterías se pueden recargar, lo que significa que puede rellenar la batería con energía química.

PD: Esta es una explicación simple del mecanismo de trabajo.

La batería (un grupo de células) es un dispositivo que convierte la energía química en energía eléctrica.

Entonces, el contenedor que llamamos batería o correctamente una celda se llena con algunos productos químicos y metales, reaccionan entre sí y forman iones que recolectamos usando varillas de carbono (células viejas o AA, AAA) o alambres de zinc (más nuevos, más pequeños, células li-po)

Debido a la reacción química, se crea una diferencia de potencial al final de ese contenedor (celda) y la usamos conectando terminales + ve y -ve …… ..

TQ !!!!!!

Espero que haya ayudado …

El mundo de la electrónica de consumo de hoy está gobernado por las baterías de iones de litio … como investigador en este campo en particular, puedo dar una idea sobre este asunto … el cátodo consiste en un óxido de litio metálico, el más utilizado es el óxido de litio-cobalto, y el ánodo consiste en un el material del colector de carga, el más utilizado es el grafito … durante la carga, el ión de litio del cátodo migra hacia el ánodo a través de una membrana separadora y este ión de litio es absorbido temporalmente por los agujeros en el ánodo de grafito … durante la descarga, el ión de litio vuelve a migrar hacia el cátodo … se usa un electrolito para transportar el ion de litio entre los dos electrodos …

Las baterías producen y mantienen una carga constante en sus terminales. cuando estos están conectados en circuito cerrado, la carga se transfiere de un potencial más alto a un potencial más bajo, es decir, de + a -, lo que genera corriente a través del circuito

En pocas palabras, las baterías funcionan cambiando la energía química almacenada en energía eléctrica. Las baterías están formadas por celdas o 1 o más dispositivos de voltaje que convierten la energía química en energía eléctrica creando una diferencia de voltaje entre las celdas de esa batería cuando las celdas se conectan a través de un circuito cerrado, se produce el movimiento de electrones a través del circuito o corriente. a medida que los electrones se mueven a través del circuito.