Baterías recargables: elemento clave en la vida moderna

Nuestra forma habitual de comunicarnos (teléfono móvil) y, cada vez más, de desplazarnos (patinetes, vehículos eléctricos, híbridos, etc.) depende del adecuado funcionamiento del elemento que proporciona la energía necesaria para el funcionamiento de todos los dispositivos indicados: la batería recargable.

Con este post comienzo una serie que dedicaré a las baterías recargables. En este primero, describiré qué son y en qué se basan esta clase de baterías.

1. El problema con las baterías ordinarias

Aunque hay muchos tipos de pilas diferentes, el concepto básico que explica su funcionamiento es común a todas: al conectar cualquier dispositivo a una pila, se produce en su interior una reacción electroquímica que produce energía eléctrica: esta idea fue descrita hace más de dos siglos por el físico italiano Alessandro Volta y, desde entonces, los científicos han optimizado y mejorado el diseño original de Volta para fabricar pilas de una gran variedad de materiales y formas, siendo las más frecuentes en la actualidad las denominadas pilas alcalinas, que toman su nombre del hecho de tener uno de sus elementos clave, el electrolito, hecho de un compuesto alcalino, el KOH.

Todas las pilas están constituidas en su interior por cuatro elementos: los dos electrodos, denominados cátodo (terminal positivo) y ánodo (terminal negativo); el separador, que crea una barrera entre los electrodos para evitar cortocircuitos; y el medio situado entre cátodo y ánodo, que permite el paso de la carga eléctrica entre ellos, que se denomina electrolito. La figura muestra un corte transversal de una pila alcalina:

Cuando se conectan sus terminales a un electrodoméstico (una bombilla, un receptor de radio, etc.), comienzan en el interior de la pila unas reacciones químicas, por medio de las cuales los compuestos y elementos químicos que se encuentran dentro de la batería se combinan entre ellos para crear nuevos compuestos; en las reacciones, se generan partículas cargadas positivamente, llamadas iones, y electrones, que, como es sabido, tienen carga negativa. Los iones se mueven a través del electrolito de la batería, mientras que los electrones circulan por el circuito al que está conectada la batería, proporcionando la energía eléctrica que enciende la bombilla o el receptor de radio.

El principal problema es que las baterías ordinarias no son recargables, esta reacción química puede ocurrir solo una vez y en una sola dirección. Es decir, las baterías habituales, como las alcalinas, no pueden volver a utilizarse una vez que se han descargado, porque las reacciones químicas que generan la energía no son reversibles.

2. Entran en escena las baterías recargables

Para resolver este problema, de enormes consecuencias negativas para el medio ambiente (las sustancias químicas que hay en el interior de las baterías ordinarias son, por ejemplo, manganeso, zinc o hidróxido potásico, todos son tóxicos y difíciles y caros de reciclar), es por lo que cada vez más habitualmente disponemos en el mercado de baterías recargables, cuya esencia se puede resumir de la siguiente sencilla forma:

Baterías recargables ➡  reacciones químicas reversibles.

En las baterías recargables se utilizan productos químicos diferentes a los empleados en las baterías ordinarias y las reacciones químicas que explican su funcionamiento son completamente diferentes. En efecto, las reacciones químicas que tienen lugar en una batería recargable son reversibles: cuando la batería se está descargando, las reacciones suceden en una dirección y la batería produce energía; cuando la batería se está cargando, las reacciones ocurren en la dirección opuesta y la batería absorbe energía de la fuente a la que se conecta.

Estas reacciones químicas pueden ocurrir cientos de veces en ambas direcciones, por lo que una batería recargable tiene un tiempo de vida útil que puede variar entre dos y diez años, dependiendo de la frecuencia de uso y del cuidado que se tenga en su utilización.

Hoy en día, las baterías recargables más ampliamente extendidas son las que emplean una tecnología llamada ion de litio. Con toda probabilidad, su teléfono móvil, su ordenador portátil o su reproductor MP3-4 (si es que todavía tiene este dispositivo en su casa), emplean baterías de ion de litio. Su uso comenzó a generalizarse desde finales del siglo XX, cuando en 1991, la empresa Sony comercializó la primera batería de esta tecnología, aunque su principio de funcionamiento fue descubierto por primera vez por el químico estadounidense Gilbert Lewis (1875–1946) en el año 1912. En el próximo post describiré sus características generales.