Pilas

En términos generales las pilas son dispositivos que producen energía eléctrica a partir de energía química con reacciones tipo redox que se desarrollan espontáneamente.

Todas las pilas contienen principalmente un electrodo positivo, un electrodo negativo y un electrolito que puede ser líquido, sólido  (o en pasta). Al conectar los electrodos al aparato que hay que alimentar, llamado carga, se produce una corriente eléctrica.

Aquellas en las que el producto químico no puede volver a su forma original una vez que la energía ha sido consumida, se denominan pilas primarias o voltaicas. Las pilas en las que el producto químico puede ser reconstituido se llaman pilas secundarias o acumuladores.

Las palabras ánodo y cátodo ha veces son confusas ya que el ánodo se refiere al polo positivo y todos los aniones (iones negativos) se desplazan hacia él que se descarga de forma selectiva, mientras que el cátodo es el polo negativo, porque los cationes (iones positivos) se mueven hacia él para ser selectivamente descargados. 

 

Mientras tanto, para las pilas voltaicas o generadores electroquímicos (pilas o baterías), el ánodo y el cátodo tienen distinta polaridad que en las celdas electrolíticas, o sea, el ánodo es el polo negativo, mientras que el cátodo es el polo positivo.  Esto se debe a la teoría que afirma que todos los ánodos son los terminales que se someten a la oxidación o la liberación de electrones, y todos los cátodos son los terminales que se someten a la reducción.

 

La pila primaria comúnmente es una pila seca y en la actualidad es una versión mejorada y menos costosa que se utiliza de manera similar a la original.  En ella el electrolito es una pasta disuelta en agua que consiste en una mezcla de cloruro de amonio (NH₄Cl) y cloruro de zinc (ZnCl₂).  El electrodo negativo es de zinc, igual que la parte exterior de la pila, y el electrodo positivo es una barra de carbono (grafito) rodeada por una mezcla de carbono y dióxido de manganeso IV (MnO₂). Esta pila produce una fuerza electromotriz de alrededor de 1.5 voltios que le dan la capacidad de ser utilizadas en aparatos de control remoto, linternas, relojes, o radio-transistores, siempre que el consumo de energía no sea demasiado grande.

Las reacciones químicas que se presentan son:

1. El zinc (electrodo negativo) es oxidado según la siguiente semireacción. 

Polo Negativo - (Ánodo - Oxidación):

 2. El electrodo positivo es el dióxido de manganeso 

Polo Positivo + (Cátodo - Reducción):

Las reacciones secundarias que se presentan y el agotamiento de las sustancias químicas activas aumentan la resistencia interna de la batería, provocando que la fuerza electromotriz disminuya.  Las pilas de zinc-carbono son muy propensas a fugas porque el ánodo es el contenedor y se deteriora durante su uso ya que cuando la pila se ha utilizado durante un cierto tiempo, el contenedor de zinc se vuelve más delgado, porque el metal de zinc se oxida a iones zinc (2⁺) solubles y el cloruro de amonio que hay dentro de la pila reacciona con el zinc. Al ocurrir esto, el contenedor de zinc se adelgaza; el cloruro de zinc comienza a salirse de la batería.  Una pila de este tipo no debe dejarse dentro del dispositivo eléctrico pues puede dañarlo.  Al establecerse fugas, la pila se vuelve pegajosa a causa de la pasta húmeda que se escapa a través de los agujeros en el recipiente de zinc o por el cierre con la tapa superior.

La vida útil de éste tipo de pilas o baterías es alrededor de 1.5 años.

Una tecnología llamada OLED.

Diodo Orgánico Emisor de Luz (OLED por sus siglas en inglés)  Organic Light Emitting Diode.  Esta basado en substancias que contienen gran cantidad de carbonos, como el azúcar, la madera y la mayoría de los plásticos.  

Un LED (Light Emitting Diode), es el encargado de convertir la electricidad en luz.

Un OLED son varias capas, una de material orgánico en medio de dos diodos, un ánodo y un cátodo y este conjunto va entre una placa de vidrio arriba (sello) y otra placa de cristal (sustrato).  Cuando la corriente eléctrica se aplica a los dos conductores, una luz brillante, electro-luminiscente se produce directamente desde la materia orgánica.  

Recibe el nombre de AM OLED = Matriz activa de dispositivo OLED.

Los colores que se producen son puros cuando se estimula el pixel adecuado en la matriz principal que se organiza con los pixeles de colores básicos, rojo, verde y azul sobre un circuito impreso. El espesor de esta capa orgánica se ajusta para producir la luz más intensa en cada uno de los colores básicos sin necesitar de un polarizador.  Es por ello que los colores resultantes son tan puros.

Todas estas características hacen del OLED un producto muy esperado por las empresas de pantallas, ya que además de ser fáciles de fabricar se consiguen dispositivos mucho más delgados y ligeros que los obtenidos con tubos catódicos de tecnología CRT.  Frente a las pantallas LCD ofrece la ventaja de poder ser vista desde cualquier ángulo a parte de no necesitar luz de fondo.  Y la última y no por ello menos importante, el consumo eléctrico es muy bajo.

Las futuras tecnologías basadas en el OLED podrán ofrecer en el futuro pantallas de solo un milímetro de grosor pudiendo tener pantallas tan grandes como las antiguas pantallas de cine de 8mm o incluso toda la pared, y se podrán usarlas como pantallas de computadora, videojuegos, televisión, en anuncios publicitarios, teléfonos móviles, lap tops y cualquier sistema de comunicación.

 

Pilas secundarias

Pila secundaria o acumulador: se utiliza en aparatos de motor y automóviles.  Puede recargarse revirtiendo la reacción química.  Es una batería de plomo y ácido de las más utilizadas en la actualidad.  Esta batería contiene entre tres y seis pilas conectadas en serie, camiones, aviones y otros vehículos. Su ventaja principal es que puede producir una corriente eléctrica suficiente para arrancar un motor; sin embargo, se agota rápidamente. El electrolito es una disolución diluida de ácido sulfúrico, el electrodo negativo es de plomo y el electrodo positivo de dióxido de plomo. En funcionamiento, el electrodo negativo de plomo se disocia en electrones libres e iones positivos de plomo. Los electrones se mueven por el circuito eléctrico externo y los iones positivos de plomo reaccionan con los iones sulfato del electrolito para formar sulfato de plomo. Cuando los electrones vuelven a entrar en la pila por el electrodo positivo de dióxido de plomo, se produce otra reacción química. El dióxido de plomo reacciona con los iones hidrógeno del electrolito y con los electrones formando agua e iones plomo; estos últimos se liberarán en el electrolito produciendo nuevamente sulfato de plomo.

 

En los acumuladores se proporciona energía eléctrica desde una fuente exterior que se almacena en forma de energía química.  La reacción química de este tipo de pilas  es secundaria y reversible, es decir, se produce en un sentido cuando se carga la pila, y en sentido opuesto cuando se descarga. Por ello, una pila secundaria puede descargarse una y otra vez.

Un acumulador de plomo y ácido se agota porque el ácido sulfúrico se transforma gradualmente en agua y en sulfato de plomo. Al recargar la pila, las reacciones químicas descritas anteriormente se revierten hasta que los productos químicos vuelven a su condición original. Produce unos 2 V por pila. Recientemente, se han desarrollado baterías de plomo para aplicaciones especiales con una vida útil de 50 a 70 años.