Pilas de hidrógeno

La pila de hidrógeno fue inventada al final del siglo XIX, y un siglo después comenzó a ser utilizada por la NASA para sus viajes especiales.

Mediante combinación de hidrógeno y oxígeno, las células de combustible puede producir suficiente energía eléctrica emitiendo como residuo únicamente agua pura.

Son tan limpias que actualmente los astronautas beben el agua producida por las células de combustible del trasbordador especial. El hidrógeno se puede obtener de combustibles como el gas natural.

Gracias a las llamadas “micro celdas de combustible”, que funcionan con hidrógeno y convierten la energía química en eléctrica, los ordenadores podrán funcionar sin necesidad de batería o de estar enchufados a la corriente, lo cual supondrá que disminuyan las emisiones de CO2 con las que los usuarios de tecnología contribuímos al deterioro del medio ambiente.

Además, el ahorro energético que suponen las micro céldas de combustible, se traduce también en un importante ahorro económico, por lo que esta tecnología puede ser muy interesante para los intereses de las empresas.

Años 1970 - Pila de litio

El litio es el metal con menor densidad y tiene el mayor potencial electroquímico y el mayor cociente energía-peso, así que en teoría, sería un material ideal para que puedan fabricar pilas y baterías. No se puede emplear un electrolito acuoso pues reaccionaría con el litio. La experimentación con pilas de litio comenzó en 1912 con G. N. Lewis, y en la década de 1970 se vendieron las primeras baterías de litio. Se emplean actualmente diversas pilas con litio en el ánodo y diferentes sustancias en el cátodo:

• pila de litio y sulfuro de hierro (1,6 voltios). Son de pequeño tamaño y bajo coste.
• pila de litio y dióxido de manganeso (unos 3 voltios). Similares a las anteriores.
• pila de litio y dióxido de azufre. El cátodo en este caso es gaseoso. Se emplea para aplicaciones militares.
• pila de litio y cloruro de tionilo. Trabajan a muy bajas temperaturas pero su uso debe ser cuidadoso por su toxicidad.
• pila de litio y monofluoruro de carbono (unos 3,2 voltios). Se emplea para pequeños dispositivos como cámaras.
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1955 - La batería alcalina común

Hasta finales de la década de 1950 la batería de zinc-carbono siguió siendo una popular batería de células primarias, pero la duración relativamente baja de esta batería obstaculizaba las ventas. Las primeras pilas alcalinas eran similares a la de carbono-zinc pero sustituyendo el electrolito por hidróxido de potasio (KOH). Nótese que el potasio es un metal alcalino, y de ahí recibe su nombre.

En 1955, un ingeniero que trabajaba para la empresa Eveready (ahora conocida como Energizer) llamado Lewis Urryintentaba encontrar una manera de extender la vida de las baterías de zinc-carbono, pero Urry decidió en cambio que las pilas alcalinas eran más prometedoras. Hasta ese momento, las más duraderas pilas alcalinas eran inviablemente caras. La batería de Urry se componía de un cátodo de dióxido de manganeso y un ánodo de zinc en polvo con un electrolito alcalino. A base de zinc en polvo se dotó al ánodo de una mayor superficie. Estas baterías salieron al mercado en 1959.

Las pilas alcalinas primarias son más caras pero son capaces de descargarse proporcionando corrientes elevadas y manteniendo el rendimiento. Las pilas secundarias (recargables) son más baratas que las de níquel-cadmio, tienen buena retención de carga y trabajan en un amplio margen de temperaturas.

1903 - La batería de níquel-hierro

Waldmar Jungner también inventó una batería de níquel-hierro el mismo año que su batería de Ni-Cd, pero resultó ser inferior a su homóloga de cadmio y, por consiguiente, nunca se molestó en patentarla. Producía mucho más hidrógeno gaseoso cuando estaba cargada, lo que significa que no puede cerrarse, y el proceso de carga era menos eficiente (aunque era más barato).

Sin embargo, Thomas Edison recogió el diseño de la batería de níquel-hierro de Jungner, la patentó él mismo y la vendió en 1903. Edison quería comercializar un sustituto más ligero y duradero para la batería de plomo-ácido que impulsaba a algunos de los primeros automóviles, y esperaba que de esta forma los coches eléctricos se convertirían en el estándar, con su empresa como proveedor de la batería principal. Sin embargo, los clientes encontraron que su primer modelo era propenso a fugas y de corta duración de la batería, y no superaba a la batería de plomo-ácido por mucho. Aunque Edison fue capaz de producir un modelo más fiable y potente siete años más tarde, esta vez el Ford modelo T, de bajo costo y buena fiabilidad, había hecho que los autos con motor de gasolina fuesen la norma. A pesar de ello, la batería de Edison logró un gran éxito en otras aplicaciones

1899 - La batería de níquel-cadmio

En 1899, un científico sueco llamado Waldmar Jungner inventó la batería de níquel-cadmio, una batería recargable que tenía electrodos de níquel y cadmio en una disolución de hidróxido de potasio. Se comercializó en Suecia en 1910 y llegó a Estados Unidos en 1946. Los primeros modelos eran robustos y tenían una densidad de energía significativamente mayor que las baterías de plomo ácido, pero eran mucho más caros.

1859 - La pila de plomo-ácido: la primera batería recargable.

Hasta este punto, todas las baterías existentes debían ser vaciadas de forma permanente cuando se agotaban los reactivos y finalizaban todas sus reacciones químicas. En 1859, Gaston Planté inventó la batería de plomo-ácido, el primer acumulador, o sea, la primera batería que puede recargarse (en realidad, regenerar las sustancias químicas gastadas) haciendo pasar una corriente en sentido inverso a través de ella. Una batería de plomo-ácido se compone de un ánodo de plomo y un cátodo de dióxido de plomo sumergidos en ácido sulfúrico. Ambos electrodos reaccionan con el ácido para producirsulfato de plomo (II), pero la reacción en el ánodo de plomo libera electrones mientras que la reacción en el óxido de plomo los capta, lo que produce una corriente. Estas reacciones químicas pueden ser revertidas mediante la aplicación de una corriente en sentido inverso, lo que permite recargarla, al igual que se de debe hacer antes de su primer uso.

El primer diseño de Planté consistía en dos placas de plomo separadas por bandas de goma y enrolladas en espiral. Sus baterías se utilizaron por primera vez para alimentar la luz en los vagones del tren mientras se detenía en una estación. En 1881, Camille Alphonse Faure inventó una versión mejorada que consistía en una celosía o rejilla de plomo en la que se apelmazó una pasta de dióxido de plomo, formando una placa. Varias planchas podían apilarse para obtener un mayor rendimiento. Este diseño fue más fácil de producir en masa.

En comparación con otras baterías, el diseño de Planté era más bien pesado y voluminoso para la cantidad de energía que podría almacenar. Sin embargo, podría producir picos de corriente muy grandes. También tenía una resistencia interna muy baja, por lo que una misma batería puede usarse para alimentar múltiples circuitos.

La batería de plomo aún se utiliza hoy en los automóviles y otras aplicaciones donde el peso no es un factor importante. El principio básico no ha cambiado desde 1859, aunque en la década de 1970 se desarrolló una variante que utiliza un electrolito en forma de gel en lugar de un líquido (comúnmente conocido como la batería de gel), permitiendo que la batería pueda ser utilizada en diferentes posiciones sin fallos o fugas.

Hoy en día las celdas electroquímicas se clasifican como "primarias" si producen una corriente sólo hasta que los reactivos químicos se han agotado, y "secundarias", si las reacciones químicas puede ser revertidas mediante la recarga de la célula. La batería de plomo-ácido fue, por tanto, la primera batería ocelda secundaria.

1844 - La pila de Grove

La pila de Grove fue inventada por William Robert Grove en 1844 y es una modificación de la pila Daniell. Consistía en un ánodo de zinc sumergido en ácido sulfúrico y un cátodo de platino sumergido en ácido nítrico, separados por barro poroso. La pila de Grove proporcionaba una corriente elevada y un voltaje casi dos veces superior al de la pila Daniell, por lo que fue la favorita de las redes telegráficas de América durante un tiempo. Sin embargo, se desprendían vapores tóxicos de óxido nítrico cuando estaba en operación. La tensión también se reducía considerablemente cuando la carga disminuía, lo que llegó a ser una responsabilidad cuando las redes telegráficas se hicieron más complejas. El platino también era muy caro. La pila de Grove fue sustituida por la más barata, más segura y de mejor rendimiento pila de gravedad en la década de 1860.