Tipos de pilas por su naturaleza interna
Por lo que a su naturaleza interna se refiere, características electroquímicas, se encuentran habitualmente en el comercio pilas de los tipos que se detallan a continuación.
Pila común
Las pilas secas, de zinc-carbono o pilas comunes están formadas por un recipiente cilíndrico de zinc, que es el polo negativo, relleno de una pasta electrolítica, y por una barra de carbón en el centro (electrodo positivo), todo ello sellado para evitar fugas.
Las medidas aproximadas de una pila común son:
- Pila de 9 V: 50 mm × 26 mm × 17 mm.
- Pila AA: 50 mm de longitud y 14 mm de diámetro.
- Ventajas
- No se descargan si no están en uso.
- Desventajas
- Una pila puede llegar a contaminar 3 000 litros de agua
Pilas alcalinas
En 1866, Georges Leclanché inventa en Francia la pila Leclanché, precursora de la pila seca (zinc-dióxido de manganeso), sistema que aún domina el mercado mundial de las baterías primarias. Las pilas alcalinas (de «alta potencia» o «larga vida») son similares a las de Leclanché, pero, en vez de cloruro de amonio, llevan cloruro de sodio o de potasio. Duran más porque el zinc no está expuesto a un ambiente ácido como el que provocan los iones de amonio en la pila convencional. Como los iones se mueven más fácilmente a través del electrolito, produce más potencia y una corriente más estable.
Las pilas secas alcalinas son similares a las pilas secas comunes, con las excepciones de que el electrolito es básico (alcalino), porque contiene KOH y la superficie interior del recipiente de Zn es áspera; esto proporciona un área de contacto mayor.
El ánodo está compuesto de una pasta de cinc amalgamado con mercurio (total 1 %), carbono o grafito.
- Zinc 14 % (ánodo)
- Dióxido de manganeso 22 % (cátodo)
- Carbón 2 %
- Mercurio: 0,5 a 1 % (ánodo)
- Hidróxido de potasio 19 % (electrolito)
- Plástico y lámina 42 %
Contiene un compuesto alcalino, llamado hidróxido de potasio. Está compuesta por dióxido de manganeso, MnO2, hidróxido de potasio (KOH), pasta de zinc (Zn), amalgamada con mercurio (Hg, en total 1 %), carbón o grafito (C). Según la Directiva Europea del 18 de marzo de 1991, este tipo de pilas no pueden superar la cantidad de 0,025 % de mercurio.
- Descarga
Durante la descarga, las reacciones en la pila seca alcalina son:
- Ánodo: Zn (s) + 2 OH– (aq) → Zn(OH)2 (s) + 2 e–
- Cátodo: 2 MnO2 (s) + 2 H2O (l) + 2 e– → 2 MnO(OH) (s) + 2 OH–(aq)
- Global: Zn (s) + 2 MnO2 (s) + 2 H2O (l) → Zn(OH)2(aq) + 2 MnO(OH) (s)
- Ventajas
- Respecto a las pilas convencionales entregan más potencia y una corriente más estable.
- Su duración es seis veces mayor que la de la pila de zinc-carbono.
- Resisten mejor el uso constante.
- Desventajas
Su mayor costo se deriva de la dificultad de sellar las pilas contra las fugas de hidróxido. Casi todas vienen blindadas, lo que impide el derramamiento de los componentes. Sin embargo, este blindaje no tiene duración ilimitada.
- Características
El voltaje de una pila alcalina está cerca de 1,5 V.
- Usos
Se utilizan para aparatos complejos y de elevado consumo energético. En sus versiones de 1,5 voltios, 6 voltios y 12 voltios se emplean, por ejemplo, en mandos a distancia (control remoto) y alarmas.
Pilas alcalinas de manganeso
Con un contenido de mercurio que ronda el 0,1 % de su peso total, es una versión mejorada de la pila alcalina, en la que se ha sustituido el conductor iónico cloruro de amonio por hidróxido de potasio (de ahí su nombre de alcalina). El recipiente de la pila es de acero, y la disposición del cinc y del óxido de manganeso (IV) (o dióxido de manganeso) es la contraria, situándose el cinc, ahora en polvo, en el centro. La cantidad de mercurio empleada para regularizar la descarga es mayor. Esto le confiere mayor duración, más constancia en el tiempo y mejor rendimiento. Por el contrario, su precio es más elevado. También suministra una fuerza electromotriz de 1,5 V. Se utiliza en aparatos de mayor consumo como: grabadoras portátiles, juguetes con motor, flashes electrónicos.
El ánodo es de cinc amalgamado y el cátodo es un material polarizador compuesto con base en dióxido de manganeso, óxido de mercurio (II) mezclado íntimamente con grafito, y en casos raros, óxido de plata Ag2O (estos dos últimos son muy costosos, peligrosos y tóxicos), a fin de reducir su resistividad eléctrica. El electrolito es una solución de hidróxido potásico (KOH), el cual presenta una resistencia interna bajísima, lo que permite que no se tengan descargas internas y la energía pueda ser acumulada durante mucho tiempo. Este electrolito, en las pilas comerciales se endurece con gelatinas o derivados de la celulosa.
Este tipo de pila se fabrica en dos formas. En una, el ánodo consta de una tira de cinc corrugada, devanada en espiral de 0,051 a 0,13 mm de espesor, que se amalgama después de armarla. Hay dos tiras de papel absorbente resistente a los álcalis interdevanadas con la tira de papel de cinc, de modo que el cinc sobresalga por la parte superior y el papel por la parte inferior. El ánodo está aislado de la caja metálica con un manguito de poliestireno. La parte superior de la pila es de cobre y hace contacto con la tira de cinc para formar la terminal negativa de la pila. La pila está sellada con un ojillo o anillo aislante hecho de neopreno. La envoltura de la pila es químicamente inerte a los ingredientes y forma el electrodo positivo.
- Ventajas
Este tipo de pilas tiene una duración mayor que las alcalinas.
- Desventajas
Este tipo de baterías presenta algunas desventajas:
- Una pila alcalina puede contaminar 175 000 litros de agua, que llega a ser el consumo promedio de agua de toda la vida de seis personas.
- Cinc, manganeso (Mn), bismuto (Bi), cobre (Cu) y plata (Ag) son sustancias tóxicas, que producen diversas alteraciones en la salud humana. El cinc, manganeso y cobre son esenciales para la vida, en cantidades mínimas, y tóxicos en altas dosis. El bismuto y la plata no son esenciales para la vida.
- Usos
Juguetes, tocacintas, cámaras fotográficas, grabadoras, linternas, etc.
Tipos de pilas por forma y tamaño
La distinción entre pilas que utilizan un electrolito y las que utilizan dos, o entre pilas húmedas y secas, son exclusivamente de interés histórico y didáctico, pues todas las pilas que se utilizan actualmente son prefabricadas, estancas y responden a tipos bastante fijos, lo que facilita su comercialización y su uso.
Las pilas eléctricas y algunos acumuladores se presentan en unas cuantas formas normalizadas. Las más frecuentes comprenden la serie A (A, AA, AAA, AAAA), A B, C, D, F, G, J y N, 3R12, 4R25 y sus variantes, PP3, PP9 y las baterías de linterna 996 y PC926. Las características principales de todas ellas y de otros tipos menos habituales se incluyen en la tabla que puede verse aquí.
Cabe la posibilidad de utilizar adaptadores, en especial para que las pilas recargables AA se puedan utilizar en aparatos que precisen pilas C y D.
Existen unas normas internacionales para la estandarización de los tamaños y voltajes de las pilas para permitir la utilización de aparatos eléctricos a nivel mundial.