Reversibilidad electroquímica - Arturo Lara

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2. Reversibilidad electroquímica
v cabulario
Hidrógeno (H)
Elemento químico simple gaseoso
que se encuentra en la composi-
ción del agua y es el número 1 de
la clasificación periódica; su átomo
está constituido por un solo protón
alrededor del cual gravita un solo
electrón. Su masa atómica se con-
sidera: H = 1. El átomo de hidróge-
no que ha perdido un electrón,
queda reducido a protón, y le lla-
mamos ion hidrógeno. La concen-
tración de iones de hidrógeno
caracteriza la acidez o la basicidad
de un medio, medida por su pH.
En la figura 2.8 representamos la pila Daniell del apartado anterior, con los dos
compartimentos que forman las semipilas, el electrólito sulfato de cobre (CUSO4)
junto al electrodo de cobre y sulfato de cinc (Z11SO4) junto al electrodo de cinc.
Ambos sulfatos se separan por una capa porosa. Esta vez con un circuito eléctri-
co exterior en el que se intercala un conmutador con las posiciones: (2) CARGA.
(1) DESCARGA. En esta posición de DESCARGA se producen las reacciones
de oxidación-reducción descritas. Ahora bien, en las pilas reversibles, como es
este caso, una débil corriente en sentido contrario a la que da la pila, proporcio-
nada por un generador exterior conectado al circuito de la pila (conmutador en
posición de CARGA), provoca la inversión de los fenómenos químicos en los
electrodos, en este caso, el paso del cobre a la disolución y la precipitación del
cinc.
►	0(2)
(1)
	—O-Q (1) Descarga
(2) Carga
Reducción => gana e’	Oxidación =£> pérdida e"
Cu = Cu++ + 2e~	Zn - 2e“ = Zn++
t Figura 2.8. Pila Daniell como elemento galvánico reversible: DESCARGA/CARGA.
Baterías y acumuladores
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Ahora en la CARGA el electrodo positivo { + ) de cobre actúa como lo que es, es
decir, de ánodo. El electrodo negativo (-) de cinc es y actúa como cátodo.
Si la fem exterior es tal que no pasa corriente, hay equilibrio en la zona que rodea
a cada electrodo:
Cut+ + 2e~ = Cu y Zn = Zn++ + 2e_
Este principio de la reversibilidad electroquímica distingue las baterías primarias
(pilas) que no se pueden recuperar una vez descargadas, de las baterías secunda'
rías (acumuladores) que admiten varios ciclos de carga-descarga con una duración
de vida y capacidad mayores.
Primera batería recargable
Se debe a Planté (1866) la primera construcción de batería recargable del tipo
plomo-ácido (Pb-ácido), precursora del actual acumulador o batería secunda-
ria. Esta batería recargable constaba de un recipiente, cuba o celda, con elec-
trólito de ácido sulfúrico (H2SO4) en la que se sumergían dos electrodos en
forma de lámina de plomo (Pb) separados por una tela de franela. Planté com-
probó que al circular una corriente a través de las láminas de plomo, en una de
ellas se producía una capa de óxido de plomo (PbO) y en la otra una capa de
plomo poroso (Pb) que se denomina esponja de plomo. Si se conectaban las dos
láminas a un circuito eléctrico exterior se producía una corriente que aumen-
taba con el número de cargas y descargas repetidas. A este proceso de ciclos
sucesivos de carga-descarga es lo que denominamos proceso de formación de
la carga.
Este primitivo acumulador presentaba un doble inconveniente, por un lado el
desprendimiento de materia activa de los electrodos y su baja capacidad. El pri-
mer inconveniente lo resolvieron Sellon (1881) y Tudor (1883) sustituyendo las
láminas de plomo por electrodos en forma de rejilla que aumentaban la adheren-
cia del material activo. El aumento de capacidad se debe a Fauré (1881) al em-
pastar los electrodos con óxido de plomo que al paso de la corriente se convertía
en materia activa de dióxido de plomo (PbCh) en la placa positiva y plomo po-
roso (Pb) en la placa negativa. Básicamente es lo que se hace en la actualidad,
como veremos más adelante.
Este acumulador de Pb-ácido, junto con el acumulador de níquel-cadmio (Jun-
ger, 1900) y el acumulador de níquel-hierro (Edison, 1901) son los sistemas más
utilizados hasta la actualidad, donde crece la necesidad de investigar y aportar
nuevos sistemas de almacenamiento de la carga eléctrica para utilizar en mo-
mentos imposibles de generación, por ejemplo, en nuestro caso de las ISFTV, en
ausencia de luz solar.
Es muy importante no confundir el tipo de baterías utilizadas en el arranque para
vehículos automóviles, tracción, con las baterías estacionarias utilizadas aquí en
ISFTV pues, aunque ambas parten de los mismos componentes, como veremos a
continuación, el tipo de prestaciones eléctricas es muy distinto: a las de tracción
se les exige gran resistencia a los ciclos profundos de carga/descarga y a las de 1FSV
un largo periodo de autonomía (véase el epígrafe 8).