Baterías especiales

Celda estándar de mercurio

En los primeros días de la tecnología de medición eléctrica, un tipo especial de batería conocido como celda estándar de mercurio se utilizó popularmente como estándar de calibración de voltaje. La salida de una celda de mercurio era de 1.0183 a 1.0194 voltios DC (dependiendo del diseño específico de la celda) y era extremadamente estable en el tiempo. La deriva anunciada fue de alrededor del 0,004 por ciento del voltaje nominal por año. Las celdas estándar de mercurio a veces se conocían como celdas Weston o células de cadmio .

Desafortunadamente, las celdas de mercurio eran bastante intolerantes a cualquier drenaje de corriente y ni siquiera podían medirse con un voltímetro analógico sin comprometer la precisión. Los fabricantes normalmente exigían no más de 0,1 mA de corriente a través de la celda, e incluso esa cifra se consideró una momentánea o aumento ¡máximo! En consecuencia, las celdas estándar solo se pueden medir con un dispositivo potenciométrico (equilibrio nulo) donde el drenaje de corriente es casi cero. Se prohibió poner en cortocircuito una celda de mercurio, y una vez que se cortocircuitaba, nunca más se podía confiar en la celda como un dispositivo estándar.

Tipos de celdas estándar de mercurio

Las celdas estándar de mercurio también eran susceptibles a ligeros cambios de voltaje si sufrían perturbaciones físicas o térmicas. Se desarrollaron dos tipos diferentes de celdas estándar de mercurio para diferentes propósitos de calibración: saturadas y insaturados . Las celdas estándar saturadas proporcionaron la mayor estabilidad de voltaje a lo largo del tiempo, a expensas de la inestabilidad térmica. En otras palabras, su voltaje se desvió muy poco con el paso del tiempo (¡solo unos pocos microvoltios en el lapso de una década!) Pero tendió a variar con los cambios de temperatura (decenas de microvoltios por grado Celsius). Estas células funcionaron mejor en entornos de laboratorio con temperatura controlada, donde la estabilidad a largo plazo es primordial. Las celdas insaturadas proporcionaron estabilidad térmica a expensas de la estabilidad a lo largo del tiempo, permaneciendo el voltaje prácticamente constante con los cambios de temperatura pero disminuyendo constantemente en aproximadamente 100 µV cada año. Estas celdas funcionaron mejor como dispositivos de calibración de "campo" donde la temperatura ambiente no se controla con precisión. El voltaje nominal para una celda saturada fue de 1.0186 voltios y 1.019 voltios para una celda insaturada.

Las referencias modernas de voltaje de semiconductores (regulador de diodo Zener) han reemplazado a las baterías de celda estándar como estándares de voltaje de laboratorio y de campo.

Pila de combustible

Un dispositivo fascinante estrechamente relacionado con las baterías de celda primaria es la celda de combustible , llamado así porque aprovecha la reacción química de la combustión para generar una corriente eléctrica. El proceso de oxidación química (enlace iónico del oxígeno con otros elementos) es capaz de producir un flujo de corriente entre dos electrodos tan bien como cualquier combinación de metales y electrolitos. Se puede pensar en una celda de combustible como una batería con una fuente de energía química suministrada externamente.

Hasta la fecha, las pilas de combustible construidas con mayor éxito son las que funcionan con hidrógeno y oxígeno, aunque se han realizado muchas investigaciones sobre las pilas que utilizan combustibles de hidrocarburos. Mientras "quema" hidrógeno, los únicos subproductos de desecho de una pila de combustible son el agua y una pequeña cantidad de calor. Cuando se opera con combustibles que contienen carbono, el dióxido de carbono también se libera como subproducto. Debido a que la temperatura de funcionamiento de las pilas de combustible modernas está muy por debajo de la de la combustión normal, no se forman óxidos de nitrógeno (NOx), lo que lo hace mucho menos contaminante, si todos los demás factores son iguales.

La eficiencia de la conversión de energía en una celda de combustible de química a eléctrica excede con creces el límite de eficiencia teórico de Carnot de un motor de combustión interna, que es una perspectiva emocionante para la generación de energía y los automóviles eléctricos híbridos.

Célula solar

Otro tipo de "batería" es la celda solar , un subproducto de la revolución de los semiconductores en la electrónica. El efecto fotoeléctrico , mediante el cual los electrones se desprenden de los átomos bajo la influencia de la luz, se conoce en física durante muchas décadas, pero solo con los avances recientes en la tecnología de semiconductores existió un dispositivo capaz de aprovechar este efecto en cualquier grado práctico. Las eficiencias de conversión de las células solares de silicio siguen siendo bastante bajas, pero sus beneficios como fuentes de energía son innumerables:sin piezas móviles, sin ruido, sin productos de desecho o contaminación (aparte de la fabricación de células solares, que sigue siendo una industria bastante "sucia" ), y vida indefinida.

El costo específico de la tecnología de células solares (dólares por kilovatio) sigue siendo muy alto, con pocas perspectivas de una disminución significativa salvo algún tipo de avance revolucionario en la tecnología. A diferencia de los componentes electrónicos hechos de un material semiconductor, que se pueden hacer cada vez más pequeños con menos desperdicio como resultado de un mejor control de calidad, una sola célula solar todavía necesita la misma cantidad de silicio ultra puro para fabricarse que hace treinta años. El control de calidad superior no produce la misma ganancia de producción que se observa en la fabricación de chips y transistores (donde las manchas aisladas de impureza pueden arruinar muchos circuitos microscópicos en una oblea de silicio). La misma cantidad de inclusiones impuras influye poco en la eficiencia general de una celda solar de 3 pulgadas.

Celda de detección química

Otro tipo de "batería" de propósito especial es la celda de detección química . En pocas palabras, estas células reaccionan químicamente con sustancias específicas en el aire para crear un voltaje directamente proporcional a la concentración de esa sustancia. Una aplicación común de una celda de detección química es la detección y medición de la concentración de oxígeno. Se han diseñado muchos analizadores de oxígeno portátiles en torno a estas pequeñas células. La química de las células debe diseñarse para coincidir con las sustancias específicas que se van a detectar, y las células tienden a "desgastarse", ya que los materiales de sus electrodos se agotan o se contaminan con el uso.

REVISAR:

• Celdas estándar de mercurio son tipos especiales de baterías que alguna vez se usaron como estándares de calibración de voltaje antes de la llegada de los dispositivos de referencia de semiconductores de precisión.
• Una pila de combustible es un tipo de batería que utiliza un combustible combustible y un oxidante como reactivos para generar electricidad. Son fuentes prometedoras de energía eléctrica en el futuro, "quemando" combustibles con muy bajas emisiones.
• Una celda solar utiliza energía de luz ambiental para motivar a los portadores de carga de un electrodo a otro, produciendo voltaje (y corriente, si hay un circuito externo).
• Una celda de detección de sustancias químicas es un tipo especial de celda voltaica que produce voltaje proporcional a la concentración de una sustancia aplicada (generalmente un gas específico en el aire ambiente).

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Hoja de trabajo de baterías