Bloques de construcción de baterías

Una pila electroquímica consta de un cátodo, un ánodo y un electrolito que actúa como catalizador. Durante la carga, se forma una acumulación de iones positivos en la interfaz cátodo/electrolito. Esto hace que los electrones se desplacen hacia el cátodo, creando un potencial de tensión entre el cátodo y el ánodo. La liberación se produce mediante el paso de corriente desde el cátodo positivo a través de una carga externa y de vuelta al ánodo negativo. Al cargarse, la corriente fluye en la otra dirección.

Una pila tiene dos caminos separados: uno es el circuito eléctrico por el que fluyen los electrones, alimentando la carga, y el otro es el camino por el que se mueven los iones entre los electrodos a través del separador que actúa como aislante para los electrones. Los iones son átomos que han perdido o ganado electrones y se han cargado eléctricamente. El separador aísla eléctricamente los electrodos pero permite el movimiento de los iones.

Ánodo y cátodo
El electrodo de una pila que libera electrones durante la descarga se denomina ánodo; el electrodo que absorbe los electrones es el cátodo.

El ánodo de la pila siempre es negativo y el cátodo positivo. Esto parece violar la convención, ya que el ánodo es el terminal por el que fluye la corriente. Un tubo de vacío, un diodo o una pila en carga siguen este orden; sin embargo, al quitar corriente a una pila en descarga, el ánodo se vuelve negativo. Dado que la pila es un dispositivo de almacenamiento eléctrico que proporciona energía, el ánodo de la pila es siempre negativo.

El ánodo del Li-ion es carbono (véase BU-204: ¿Cómo funcionan las baterías de litio?), pero el orden se invierte en las baterías de litio-metal. Aquí el cátodo es carbono y el ánodo litio metálico. (Véase BU-212: Baterías del futuro) Con pocas excepciones, las baterías de litio-metal no son recargables.

Figura 1: Símbolo de la batería.
El cátodo de una pila es positivo y el ánodo negativo.

Cuadros 2a, b, c y d resumir la composición de las pilas secundarias a base de plomo, níquel y litio, incluidas las alcalinas primarias.

Plomo ácido	Cátodo (positivo)	Ánodo (negativo)	Electrolito
Material	Dióxido de plomo (marrón chocolate)	Plomo gris, (esponjoso cuando se forma)	Ácido sulfúrico
Carga completa	Óxido de plomo (PbO2), electrones añadido a la placa positiva	Plomo (Pb), electrones retirados de la placa	Ácido sulfúrico fuerte
Dado de alta	El plomo se convierte en sulfato de plomo en el electrodo negativo, los electrones pasan de la placa positiva a la negativa.		Ácido sulfúrico débil (similar al agua)

Tabla 2a: Composición del ácido de plomo.

NiMH, NiCd	Cátodo (positivo)	Ánodo (negativo)	Electrolito
Material	Oxihidróxido de níquel	NiMH: aleación absorbente de hidrógeno NiCd: Cadmio	Hidróxido de potasio

Tabla 2b: Composición de NiMH y NiCd.

Ión de litio	Cátodo (positivo) en papel de aluminio	Ánodo (negativo) en lámina de cobre	Electrolito
Material	Óxidos metálicos derivados del cobalto, níquel, manganeso, hierro, aluminio	A base de carbono	Sal de litio en un disolvente orgánico
Carga completa	Óxido metálico con estructura de intercalación	Los iones de litio migraron al ánodo.
Dado de alta	Los iones de litio vuelven al electrodo positivo	Principalmente carbono

Tabla 2c: Composición del Li-ion.

Alcalino	Cátodo (positivo)	Ánodo (negativo)	Electrolito
Material	Dióxido de manganeso	Zinc	Alcalino acuoso

Tabla 2d: Composición de la pila alcalina primaria.

El flujo de iones es posible gracias a un activador llamado electrolito. En un sistema de batería inundada, el electrolito se mueve libremente entre los electrodos insertados; en una pila sellada, el electrolito se añade normalmente al separador de forma humedecida. El separador separa el ánodo del cátodo, formando un aislante para los electrones pero permitiendo el paso de los iones. (Véase BU-306: Separador y BU-307: Electrolito)