Acumuladores eléctricos

El funcionamiento de un acumulador está basado esencialmente en algún tipo de proceso reversible, es decir, un proceso cuyos componentes no resulten consumidos ni se pierdan, sino que meramente se transformen en otros, que a su vez puedan retornar al estado primero en las circunstancias adecuadas. Estas circunstancias son, en el caso de los acumuladores, el cierre del circuito externo, durante el proceso de descarga, y la aplicación de una corriente, igualmente externa, durante el de carga.

Resulta que procesos de este tipo son bastante comunes, por extraño que parezca, en las relaciones entre los elementos químicos y la electricidad durante el proceso denominado electrólisis y en los generadores voltaicos o pilas. Los investigadores del siglo XIX dedicaron numerosos esfuerzos a observar y a esclarecer este fenómeno, que recibió el nombre de polarización.

Un acumulador es así un dispositivo en el que la polarización se lleva a sus límites alcanzables y consta en general de dos electrodos, del mismo o de distinto material, sumergidos en un electrolito

El primer acumulador eléctrico lo construyó Johann Wilhelm Ritter en 1803. Como muchos otros que le siguieron, era un prototipo teórico y experimental, sin posible aplicación práctica.

En 1860 Gaston Planté construyó el primer modelo de acumulador de plomo-ácido con pretensiones de ser un aparato utilizable, lo que no era más que muy relativamente, por lo que no tuvo éxito. A finales del siglo XIX sin embargo la electricidad se iba convirtiendo rápidamente en artículo cotidiano y cuando Planté volvió a explicar públicamente las características de su acumulador en 1879 tuvo una acogida mucho mejor, de modo que comenzó a ser fabricado y utilizado casi inmediatamente, iniciándose un intenso y continuado proceso de desarrollo para perfeccionarlo y soslayar sus deficiencias, proceso que dura hasta nuestros días.

Thomas Alva Edison inventó en 1900 otro tipo de acumulador con electrodos de hierro y níquel, cuyo electrolito es la potasa cáustica (KOH). Empezaron a comercializarse en 1908 y son la base de los actuales modelos alcalinos, ya sean recargables o no.

También hacia 1900 Junger y Berg descubrieron en Suecia el acumulador Ni-Cd, que utiliza ánodos de cadmio en vez de hierro, siendo muy parecido al de ferro níquel en las restantes características.

Aunque existen muy diversos tipos, en general un acumulador consta de dos electrodos, generalmente de distinto material, sumergidos en un electrolito

Los acumuladores de plomo constituyen el tipo primitivo de acumulador. Están constituidos por dos electrodos de plomo y el electrolito es una disolución de ácido sulfúrico. Este tipo de acumulador se sigue usando aún en muchas aplicaciones, entre ellas en los automóviles

Su funcionamiento es el siguiente:

Durante el proceso de carga inicial en el polo positivo, se desprende oxigeno (O2), por lo que en un proceso de oxidación se forma peróxido de plomo (Pb O2), mientras que en el negativo, se desprende hidrógeno (H), por lo que si el electrodo tuviese algo de óxido, este sería reducido quedando finalmente como plomo metálico.

Durante la descarga los átomos de plomo del electrodo negativo ceden dos electrones que a través del circuito de descarga pasan al electrodo positivo, donde estos atraen los iones H⁺ del ácido sulfúrico del electrolito neutralizándolos y formando sulfato de plomo (SO₄Pb). En el electrodo negativo los iones SO₄^{- -} reaccionan con el plomo formando también sulfato de plomo.

En la carga siguiente mediante la aplicación de una corriente eléctrica se realiza el intercambio electrónico inverso, restituyendo los electrodos a su primitivo estado de peróxido de plomo el positivo y plomo metálico el negativo.

No obstante, este proceso no se puede repetir indefinidamente porque cuando el sulfato de plomo forma cristales muy grandes estos ya no pueden ser modificados y se dice que el acumulador se ha sulfatado, por lo que debe ser sustituido.