Una batería primaria o celda primaria es una batería (una celda galvánica ) que está diseñada para usarse una vez y desecharse, y no recargarse con electricidad y reutilizarse como una celda secundaria ( batería recargable ). En general, la reacción electroquímica que ocurre en la celda no es reversible, lo que hace que la celda no sea recargable. Como se utiliza una celda primaria, las reacciones químicas en la batería consumen los químicos que generan la energía; cuando se acaban, la batería deja de producir electricidad. Por el contrario, en una celda secundaria , la reacción se puede revertir haciendo pasar corriente a la celda con un cargador de batería para recargarla, regenerando los reactivos químicos. Las celdas primarias se fabrican en una variedad de tamaños estándar para alimentar pequeños electrodomésticos, como linternas y radios portátiles.
Las baterías primarias representan alrededor del 90% del mercado de baterías de 50 mil millones de dólares, pero las baterías secundarias han ido ganando participación de mercado. Cada año se desechan alrededor de 15 mil millones de baterías primarias en todo el mundo y prácticamente todas terminan en vertederos. Debido a los metales pesados tóxicos y los ácidos y álcalis fuertes que contienen, las baterías son residuos peligrosos . La mayoría de los municipios los clasifican como tales y exigen su eliminación por separado. La energía necesaria para fabricar una batería es unas 50 veces mayor que la energía que contiene. [1] [2] [3] [4] Debido a su alto contenido de contaminantes en comparación con su pequeño contenido de energía, la batería primaria se considera una tecnología derrochadora y perjudicial para el medio ambiente. Debido principalmente al aumento de las ventas de dispositivos inalámbricos y herramientas inalámbricas que no pueden funcionar económicamente con baterías primarias y vienen con baterías recargables integrales, la industria de baterías secundarias tiene un gran crecimiento y ha ido reemplazando lentamente la batería primaria en productos de alta gama.
A principios del siglo XXI, las células primarias comenzaron a perder participación de mercado frente a las células secundarias, a medida que los costos relativos de estas últimas disminuyeron. Las demandas de energía de las linternas se redujeron mediante el cambio de bombillas incandescentes a diodos emisores de luz . [5]
El mercado restante experimentó una mayor competencia por parte de versiones privadas o sin marca. La participación de mercado de los dos principales fabricantes estadounidenses, Energizer y Duracell, disminuyó al 37% en 2012. Junto con Rayovac, estos tres están tratando de hacer que los consumidores pasen de las baterías de zinc-carbono a baterías alcalinas más caras y duraderas . [5]
Los fabricantes de baterías occidentales trasladaron su producción al extranjero y ya no fabrican baterías de zinc-carbono en Estados Unidos. [5]
China se convirtió en el mayor mercado de baterías, y se prevé que la demanda aumentará más rápido que en cualquier otro lugar, y también ha pasado a las pilas alcalinas. En otros países en desarrollo, las baterías desechables deben competir con los dispositivos baratos de cuerda, de viento y recargables que han proliferado. [5]
Las pilas secundarias ( baterías recargables ) son, en general, más económicas de utilizar que las pilas primarias. Su coste inicial más elevado y el coste de compra de un sistema de carga pueden distribuirse en muchos ciclos de uso (entre 100 y 1.000 ciclos); por ejemplo, en herramientas eléctricas portátiles, sería muy costoso reemplazar una batería primaria de alta capacidad cada pocas horas de uso.
Las celdas primarias no están diseñadas para recargarse entre la fabricación y el uso, por lo tanto, la química de la batería debe tener una tasa de autodescarga mucho más baja que los tipos más antiguos de celdas secundarias; pero han perdido esa ventaja con el desarrollo de celdas secundarias recargables con tasas de autodescarga muy bajas , como las celdas de NiMH de baja autodescarga que mantienen suficiente carga durante el tiempo suficiente para venderse como precargadas. [6] [7]
Los tipos comunes de celdas secundarias (es decir, NiMH y Li-ion), debido a su resistencia interna mucho menor , no sufren la gran pérdida de capacidad que sufren las alcalinas, zinc-carbono y cloruro de zinc ("trabajo pesado" o "trabajo súper pesado"). con alto consumo de corriente. [8]
Las baterías de reserva logran un tiempo de almacenamiento muy prolongado (del orden de 10 años o más) sin pérdida de capacidad, al separar físicamente los componentes de la batería y ensamblarlos únicamente en el momento de su uso. Estas construcciones son caras, pero se encuentran en aplicaciones como municiones , que pueden almacenarse durante años antes de su uso.
Un factor importante que reduce la vida útil de las células primarias es que se polarizan durante su uso. Esto significa que el hidrógeno se acumula en el cátodo y reduce la eficacia de la celda. Para reducir los efectos de la polarización en las células comerciales y alargar su vida, se utiliza la despolarización química; es decir, se añade un agente oxidante a la celda para oxidar el hidrógeno a agua. El dióxido de manganeso se utiliza en la celda de Leclanché y la celda de zinc-carbono , y el ácido nítrico se usa en la celda de Bunsen y en la celda de Grove .
Se han realizado intentos de lograr que las células simples se autodespolaricen haciendo rugosa la superficie de la placa de cobre para facilitar el desprendimiento de las burbujas de hidrógeno, con poco éxito. La despolarización electroquímica intercambia el hidrógeno por un metal, como el cobre (p. ej., la celda de Daniell ) o la plata (p. ej., la celda de óxido de plata ).
El terminal de la batería ( electrodo ) que desarrolla una polaridad de voltaje positiva (el electrodo de carbono en una celda seca) se llama cátodo y el electrodo con polaridad negativa ( cinc en una celda seca) se llama ánodo . [9] Esta es la terminología inversa a la utilizada en una celda electrolítica o en un tubo de vacío termoiónico . La razón es que los términos ánodo y cátodo se definen por la dirección de la corriente eléctrica, no por su voltaje. El ánodo es el terminal a través del cual la corriente convencional (carga positiva) ingresa a la celda desde el circuito externo, mientras que el cátodo es el terminal a través del cual la corriente convencional sale de la celda y fluye hacia el circuito externo. Dado que una batería es una fuente de energía que proporciona el voltaje que fuerza la corriente a través del circuito externo, el voltaje en el cátodo debe ser mayor que el voltaje en el ánodo, creando un campo eléctrico dirigido del cátodo al ánodo, para forzar la carga positiva. sale del cátodo a través de la resistencia del circuito externo.
Dentro de la celda, el ánodo es el electrodo donde se produce la oxidación química , ya que dona electrones que fluyen desde él hacia el circuito externo. El cátodo es el electrodo donde se produce la reducción química , ya que acepta electrones del circuito.
Fuera de la celda se utiliza una terminología diferente. A medida que el ánodo dona carga positiva al electrolito (quedando así con un exceso de electrones que donará al circuito), se carga negativamente y, por lo tanto, se conecta al terminal marcado "-" en el exterior de la celda. El cátodo, por su parte, dona carga negativa al electrolito, por lo que pasa a cargarse positivamente (lo que le permite aceptar electrones del circuito) y por tanto se conecta al terminal marcado "+" en el exterior de la celda. [10]
Los libros de texto antiguos a veces contienen terminología diferente que puede causar confusión a los lectores modernos. Por ejemplo, un libro de texto de 1911 de Ayrton y Mather [11] describe los electrodos como "placa positiva" y "placa negativa".
La energía de la batería es 50 veces mayor que la contaminación ambiental.
