Energía electroquímica y medio ambiente – ahorro energético

La electricidad es la forma más común en la cual se ha podido aplicar la transformación de la energía y una de sus principales ventajas es su posible uso sin necesidad de estar conectados a la red principal. Algunos sistemas requieren del uso de baterías cuando no existe un suministro directo hacia la red. Sin embargo, cuando se procede a su utilización es necesario considerar el ahorro energético para no malgastar ningún recurso. Las baterías son la herramienta a través de la cual se puede suplir a la red. La misma produce electrones debido a la cantidad de sustancias químicas que se encuentran en ella y las reacciones que se producen entre ellos es lo que se denomina electroquímica.

            Actualmente, las condiciones medio ambientales han provocado un cambio en el consumo de energía y en el ahorro energético, ya que se puede observar una mayor diversidad de aparatos que utilizan sistemas electroquímicos para su funcionamiento. Los vehículos eléctricos, las computadoras portátiles, los sistemas de alimentación sin interrupción, entre otros, son algunos de las invenciones más útiles que proporcionan las reacciones electroquímicas, las cuales contribuyen con el ahorro energético. Tanto las empresas privadas como los organismos gubernamentales se encuentran enfocados en desarrollar nuevas aplicaciones para este tipo de sistema en la actualidad.

Las reacciones químicas en las celdas o baterías

            Las baterías se encuentran formadas por dos terminales. Uno positivo y otro negativo. Los electrones son su principal componente y fluyen desde el terminal negativo hacia el positivo. Generalmente la velocidad con la cual se pueden producir los electrones por las reacciones químicas depende de la resistencia interna que posean las baterías. Esta resistencia es la que permite controlar la disponibilidad de electrones que van a fluir a través de la carga. Actualmente cada batería construida busca colaborar con el medio ambiente y con el ahorro energético. Es por ello que sus materiales son cada vez más eficientes y más amigables con el entorno.

            El desplazamiento de los electrones acumulados en los terminales negativos, deben esperar a que se establezca una ruta de conexión para poder desplazarse hacia el terminal positivo para poder transferir su energía. La primera batería que se creó fue construida por Alejandro Volta  en 1800. Es decir, que su uso no es reciente pero si las diferentes funcionalidades que se le ha dado. Actualmente sus avances han llevado al mejoramiento de nuevas tecnologías, usos y la inclusión de nuevos materiales para hacerlas más eficientes y así controlar un poco más el ahorro energético. Para conocer un poco más acerca de cómo actúan las reacciones electroquímicas se pueden realizar distintos experimentos siempre y cuando se cuente con un voltamperímetro capaz de soportar voltajes bajos.

            La primera batería se construyó con láminas de zinc y su alternancia entre ellas, papel absorbente con solución salina y láminas de plata. Actualmente, dependiendo del tipo de batería los materiales utilizados son más eficientes y ayudan con el ahorro energético. La batería desarrollada por Volt se conoció como batería de celdas voltaicas. Su principal característica es que las láminas metálicas deben ser diferentes al principio y al final para que el arreglo se pueda diferenciar. La pila puede ser construida de la altura que se desee, ya que cada capa puede incrementar el voltaje en un valor fijo.

Algunos componentes de las baterías modernas

            El invento de Volt fue uno de los más productivos para la humanidad y su uso ha provocado un sinfín de posibilidades para el área energética y de ahorro energético. Tradicionalmente las baterías se construían de una forma muy rudimentaria pero en la actualidad se componen de distintos materiales que las hacen más duraderas y efectivas. Algunos de los elementos que las componen son los siguientes:

  • Zinc-carbón: se utiliza para todas las baterías estándar como las baterías doble AA, C y D. En estas celdas el electrolito se mezcla con el carbón para formar una pasta ácida. Son baterías no recargables.
  • Alcalina: se utiliza para la producción de baterías Duracell y Energizer. Es una batería primaria y se da por la inmersión de electrodos de zinc y óxido manganeso, en un electrolito alcalino. Funcionan para el ahorro energético.
  • Plomo-acido: suelen ser baterías recargables utilizadas generalmente para los autos y se componen de plomo y una placa de óxido inmersos en un ácido como electrolito.
  • Níquel-cadmio: se componen por electrodos de esta sustancia y electrolitos de hidróxido de potasio acuoso. Se pueden recargar y a la vez sirven como ahorro energético. También existen las de hidruro metal.
  • Ión-Litio: es una batería recargable utilizada generalmente para las computadoras y teléfonos celulares.
  • Zinc-óxido de mercurio: sirven para los dispositivos de ayuda auditiva.
  • Plata-zinc: suele ser utilizada para aplicaciones aeronáuticas.
  • Metal-cloruro: se utiliza en los vehículos eléctricos.

Los procesos del electrodo

            La reacción electroquímica que se produce en los electrodos se refiere a la transferencia de electrones entre un electrodo y los iones presentes en la etapa electrolítica. En el proceso de descarga, el polo negativo se denomina ánodo y el polo positivo cátodo. Sin embargo, existen diversas leyes que se aplican al proceso electroquímico. Una de ellas es la ley de Faraday. Esta consiste en explicar cómo la cantidad de especies químicas oxidadas en una celda electroquímica puede ser proporcional a  la cantidad de carga eléctrica transferida a través de la interface metal-electrolito.

            Otra de las leyes a considerar en este proceso es la ecuación de Nernst referida a la reacción de las actividades de las sustancias que intervienen en la tensión de una batería en un circuito abierto.

            Cada una de estas leyes tiene un impacto en el proceso de los electrodos y en general de la electroquímica. Sin embargo, existen otros factores que intervienen como la cinética y la polarización. Actualmente el uso de celdas de combustible han sido las más beneficiosas para la construcción de baterías, ya que son limpias, eficientes y contribuyen con el ahorro energético. Además de esto, se encuentran abiertas hacia nuevos mercados y reduciría las importaciones de petróleo de cualquier país que decida trabajas con ellas. No se agotan ni se recargan y puede producir electricidad y calor mientras se les provea de combustible.

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