Las baterías de almacenamiento o acumuladores consisten en conjuntos de células secundarias. Mientras una célula primaria depende de un consumo irreversible de sus partes componentes, una célula secundaria puede agotarse por descarga, y luego volver al estado de carga integral si se hace circular una corriente continua o directa a través de ella en dirección contraria a la de la descarga. Este proceso puede repetirse centenares de veces antes de que la batería se gaste. La batería de un automóvil está constituida por un conjunto de acumuladores de plomo. Cada uno contiene dos placas de plomo que adoptan la forma de rejillas para aumentar el área superficial. Los orificios de la rejilla negativa se llenan con plomo esponjoso; los de la rejilla positiva con bióxido de plomo. El conjunto de células secundarias formadas por una serie de placas alternadas de plomo y bióxido de plomo, se sumergen en una solución de ácido sulfúrico en agua destilada. Tanto el plomo como el bióxido de plomo reaccionan con el ácido sulfúrico y forman sulfato de plomo y agua. Se liberan iones de hidrógeno positivo e iones de sulfato negativos. El sulfato de plomo resulta prácticamente insoluble en el electrólito, y forma un depósito blanco sobre las placas. Cuando ambos conjuntos de placas están cubiertos, la batería se ha agotado, o está descargada, porque ya no hay diferencia de potencial entre las placas. Cuando una corriente continua externa se conecta con las placas para recargarlas, los iones de hidrógeno emigran a las placas negativas y los iones de sulfato a las positivas. Vuelve a formarse plomo esponjoso en las placas negativas, y bióxido de plomo en las positivas. Si la batería recargada se conecta, por ejemplo con el circuito de un automóvil, comienza a descargarse. Es decir, suministra electricidad al circuito hasta que nuevamente se descarga. El voltaje nominal de una célula de plomo es aproximadamente de dos voltios, y una batería de automóvil generalmente consiste en seis células conectadas en serie, de modo que se obtienen doce voltios en las terminales de la batería.
Hay también células secundarias alcalinas, que tienen un electrólito de hidróxido de potasio diluido y una placa positiva de hidrato de níquel. La placa negativa puede ser hierro o cadmio. Un artefacto que se aplica particularmente a los vehículos eléctricos es la batería de aire y cinc. Aunque se trata de una batería primaria, puede recargarse sustituyendo el electrodo de cinc cuando éste se agotó y se convirtió en óxido de cinc.
Otra forma interesante con relación a la aplicación de energía motriz está constituida por la célula a combustible o pila de gas.
La electricidad se genera directamente mediante reacciones químicas, por ejemplo, combinación de oxígeno con hidrógeno en presencia de electrodos adecuados, con formación de agua. Como esta sustancia es importante para los astronautas, tales pilas se han utilizado en satélites artificiales.
APENDICE C 171
Fig. C1 Vista en corte de un acumulador acido
La diferencia principal entre la pila primaria y la secundaria, es que esta última es recargable. Esto significa que luego que ha estado en uso y se ha descargado, se puede invertir su acción química y la pila se recarga. La más popular y ampliamente usada de las pilas secundarias, es el acumulador plomo-ácido, para automóviles. Cuando está totalmente cargado, este acumulador tiene un voltaje de salida aproximado de 2,2 volts. Las baterías para automóviles generalmente contienen tres o seis de estos elementos. La pila plomo-ácido es capaz de dar corriente extremadamente alta, de varios cientos de amperios.
Los dos metales distintos de la pila plomo-ácido son plomo (Pb) en forma de una placa formada por metal finamente dividido, y peróxido de plomo (PbO2). El plomo es el electrodo negativo y el peróxido el positivo. Estos materiales son relativamente blandos y se pasan por las aberturas de una rejilla que forma una placa corrugada. El electrólito es ácido sulfúrico (H2SO4) mezclado con agua destilada (H2O). Una pila está formada por varias placas negativas y positivas, unidas y contenidas dentro de un recipiente, junto con el electrólito. Las condiciones en que se halla la pila pueden ser medida con un densímetro, que determina la gravedad específica del electrólito (peso del electrólito comparado con el peso del agua). Cuando está totalmente cargada, su densidad puede ser de 1,25; cuando está descargada de 1,1.
Fig. C2 Carga y descarga en el acumulador plomo-ácido
Cuando está totalmente cargado, las placas negativas (electrodos) son de plomo y las positivas de peróxido. El electrolito es ácido sulfúrico y agua. Si conectamos un conductor entre el terminal positivo y el negativo, circula corriente y la pila comienza a descargarse. Durante la descarga disminuye el contenido de ácido del electrólito y se deposita sulfato de plomo (PbSO4) sobre ambas placas, positiva y negativa. Aumenta por lo tanto la cantidad de agua. Este proceso continúa hasta que ambos electrodos contienen un máximo de sulfato de plomo y la densidad del electrólito es muy baja. Al llegar a ese punto, dado que ambos electrodos no son diferentes, f.e.m. entre ellos es mínima.
Fig. C2 Ciclo de carga y descarga de un acumulador del tipo ácido.
El acumulador puede ser recargado invirtiendo la dirección de la corriente de descarga. Esto se hace conectando el terminal positivo de la batería al terminal positivo del cargador de baterías. Durante el proceso de carga la placa negativa retorna al plomo y la positiva al peróxido. El sulfato retorna al electrólito y aumenta la densidad de éste. Durante la carga, se desprende hidrógeno y oxígeno, y se debe agregar algo de agua al electrólito para reemplazar la que se ha perdido. Esta es la razón por la cual se agrega agua a la hatería del automóvil dos o tres veces al año.