¿Qué es una Pila de Níquel-Hidruro Metálico?
Las pilas de níquel-hidruro metálico son un tipo de pilas recargables que pueden cargarse y descargarse, utilizando una aleación de almacenamiento de hidrógeno para el electrodo negativo e hidróxido de níquel para el electrodo positivo.
En comparación con las pilas de níquel-cadmio, que también utilizan níquel para el electrodo positivo, las pilas de níquel-hidruro metálico son más caras porque utilizan una aleación de almacenamiento de hidrógeno en lugar de cadmio, pero pueden cargarse y descargarse utilizando una corriente elevada y tienen una gran capacidad por unidad de masa.
También presentan un efecto memoria relativamente bajo (el efecto de una caída de tensión durante la descarga si la batería se recarga repetidamente sin haberse descargado del todo) en comparación con otras baterías recargables, y pueden utilizarse repetidamente sin que se degrade su rendimiento.
Aplicaciones de las Pilas de Níquel-Hidruro Metálico
Las pilas de níquel-hidruro metálico se utilizan para aprovechar su alto rendimiento y larga vida útil, y se emplean en baterías de coche, ordenadores portátiles y pilas secas, donde se requiere un alto rendimiento y fiabilidad.
En los últimos años se han empezado a utilizar las baterías de iones de litio, que no sufren efectos de memoria ni autodescarga y tienen una mayor capacidad por unidad de masa y un voltaje de funcionamiento más alto, pero se siguen utilizando combinadas debido a sus superiores características de entrada-salida y costos de producción.
Principios de las Pilas de Níquel-Hidruro Metálico
1. Composición de las Pilas de Níquel-Hidruro Metálico
Una pilas de níquel-hidruro metálico se compone de electrodos (electrodo positivo: oxihidróxido de níquel, electrodo negativo: aleación de almacenamiento de hidrógeno), un separador como tela no tejida de olefina y una solución de hidróxido de potasio como electrolito. En el caso de las pilas secas, estas estructuras enrolladas están contenidas en una lata.
2. Reacciones de Carga y Descarga en las Pilas de Níquel-Hidruro Metálico
Durante la descarga de una pila de níquel-hidruro metálico, en el electrodo positivo, el oxihidróxido de níquel recibe electrones en presencia de agua, produciendo hidróxido de níquel e iones de hidróxido. En el ánodo, los iones de hidrógeno y los electrones se liberan de la aleación de almacenamiento de hidrógeno en presencia de iones de hidróxido, produciendo agua.
Durante la descarga, la reacción se produce en sentido inverso: en el electrodo positivo, los iones hidróxido reaccionan con el hidróxido de níquel para producir oxihidróxido de níquel y liberar electrones. En el ánodo, el hidrógeno se adsorbe aportando electrones.
La carga y descarga de una batería de níquel-hidruro metálico se produce mediante una reacción sencilla que implica la adsorción de hidrógeno y la producción de agua. Por ejemplo, en las baterías de plomo-ácido utilizadas en los automóviles, la carga-descarga se lleva a cabo mediante una reacción de precipitación-disolución de los electrodos, por lo que la carga-descarga repetida provoca inevitablemente el deterioro de los electrodos. Las baterías de níquel-hidruro metálico no sufren este tipo de deterioro y puede decirse que son baterías de larga duración, ya que pueden utilizarse de forma semipermanente mientras los propios electrodos no se deterioren.
3. Electrodos de las Pilas de Níquel-Hidruro Metálico
En el pasado, las coaleaciones se utilizaban principalmente como aleación de almacenamiento de hidrógeno para el electrodo negativo con el fin de conseguir una alta capacidad, pero se ha producido una evolución hacia electrodos sin Co, principalmente desde el punto de vista de los costos. La investigación y el desarrollo han progresado y se han desarrollado aleaciones de almacenamiento de hidrógeno de alta capacidad incluso sin Co. En cuanto al cátodo, el oxihidróxido de níquel en estado cargado es altamente conductor, pero el hidróxido de níquel en estado descargado es un aislante, lo que causa problemas como la pérdida de vías de electrones durante la descarga. Por este motivo, se añade oxihidróxido de cobalto u otros materiales para proporcionar conductividad.
Más Información sobre las Pilas de Níquel-Hidruro Metálico
Características de las Pilas de Níquel-Hidruro Metálico
1. Características de la Pila
La tensión nominal de una pilas de níquel-hidruro metálico es de 1,2 V, la misma que la de una pila de níquel-cadmio. Esto se debe a que las reacciones utilizadas para la carga y la descarga son similares. El voltaje nominal de las baterías de plomo-ácido es de 2,0 V y el de las baterías de iones de litio es de 3,7 V, lo que las convierte en baterías de voltaje relativamente bajo. Como estas baterías pueden transportar fácilmente una gran corriente, se utilizan en equipos que requieren un alto rendimiento, como los coches híbridos.
Las pilas de níquel-hidruro metálico tienen un efecto memoria y un efecto de inertización. Cuando se utilicen, comprender las características de la pila ayudará a maximizar su vida útil.
2. Seguridad
Básicamente, las explosiones e incendios de las pilas se deben a chispas producidas por cortocircuitos, que encienden los disolventes orgánicos del electrolito.
El disolvente del electrolito de una pilas de níquel-hidruro metálico es agua, por lo que, aunque se produzca una chispa, no se encenderá. Como resultado, no es necesario diseñar los mecanismos de control de la corriente y el voltaje con tanto rigor como en las baterías de iones de litio, lo que reduce los costos de producción. Este menor costo es una de las razones por las que las baterías de níquel-hidruro metálico se siguen utilizando ampliamente en la industria.
3. Impacto Medioambiental
Las baterías de ión-litio, las baterías de plomo-ácido y las baterías de níquel-cadmio contienen sustancias peligrosas con un elevado impacto medioambiental (por ejemplo, el cadmio de las baterías de níquel-cadmio es un agente causante de la enfermedad itai-itai, una de las cuatro principales enfermedades contaminantes), pero el impacto medioambiental de los componentes de las baterías de níquel-hidrógeno es menor que el de estas baterías y el electrolito no contiene disolventes orgánicos. El electrolito también está exento de disolventes orgánicos, lo que lo convierte en un acumulador respetuoso con el medio ambiente.