1. ¿Qué es una celda galvánica?
1.1. celdas electroquímicas en donde reacciones espontáneas producen energía eléctrica
1.1.1. ¿Como se conforma una celda galvánica?
1.1.1.1. 1. Semicelda anódica
1.1.1.2. 2. Electrodo anódico
1.1.1.3. 3. Semicelda catódica
1.1.1.4. 4. Electrodo catódico
1.1.1.4.1. ¿Cómo funcionan estas celdas?
1.1.1.5. 5. Puente Salino
1.1.1.6. 6.Cable Conductor
1.1.1.7. 7. Voltímetro
2. ¿Diferencia entre pila y bateria y cual es usada en coches?
2.1. Pila
2.1.1. Una pila es un dispositivo el cual convierte la energía química a energía eléctrica gracias a un proceso químico transitorio donde al agotarse esta energía, termina su actividad y se tiene que renovar esta pila ya que sus características son alteradas al usarse.
2.2. Bateria
2.2.1. La batería es un dispositivo que almacena electricidad, las baterías son cargadas y esta electricidad es descarga al usarse, sin embargo no generan nueva electricidad, ya que cuando se acaba su energía se tienen que cargar, la energía con la que se carga puede venir de una central eléctrica o de una planta fotovoltaica.
2.2.1.1. ¿Cómo funciona en un coche?
2.2.1.1.1. los coches usan baterias mayormente de una mezcla de plomo y ácido en conjutno con varias piezas que reaccionan con una solución electrolítica que producen la reacción química gracias a un tipo de celda galvánica que genera una corriente eléctrica en el coche
3. Tipos de baterías usadas en coches
3.1. Plomo Ácido
3.1.1. Las partes que conforman a este tipo de baterías son: como conductor iónico o electrolito, una disolución de ácido sulfúrico (H2SO4); la placa negativa, es decir, el cátodo es de plomo (Pb) esponjoso; la positiva, el ánodo, igualmente es de plomo (Pb), recubierto de dióxido de plomo (PbO2). El cátodo y ánodo se encuentran sumergidos en la disolución de H2SO4, separados el uno del otro por un aislante que evita un cortocircuito.
3.1.1.1. Su reacción es:
3.1.1.1.1. Cátodo: 2PbO2(s) + HSO4 − (aq) + 3H+(aq) + 2e− → PbSO4(s) + 2H2O(l) Cátodo=1.685V Ánodo: PbS(s) + HSO4−(aq) → PbSO4(s) + H+(aq)+ 2e− Ánodo=−0.356V Celda: 2PbO2(s) + 2HSO4−(aq) + 2H+(aq) → 2PbSO4(s) + 2H2O(l) Ecelda=2.041V
3.2. Níquel Cadmio
3.2.1. Este tipo de baterías poseen un ánodo de cadmio (Cd) y un cátodo de níquel (Ni) oxidado, en estas baterías la distancia entre los electrodos es reducida y los electrodos ocupan la mayor superficie posible, permitiendo que la batería tenga mucha capacidad y alto voltaje. Los productos de las semirreacciones de descarga son sólidos y se adhieren a los electrodos, esta reacción se puede invertir, provocando la recarga de la batería.
3.2.1.1. Su reacción es:
3.2.1.1.1. Cátodo: 2NiO(OH)(s) + 2H2O(l) + 2e− → 2Ni(OH)2(s) + 2OH−(aq) Ánodo: Cd(s) + 2OH−(aq) → Cd(OH)2(s) + 2e− Celda: Cd(s) + 2NiO(OH)(s) + 2H2O(l) → Cd(OH)2(s) + 2Ni(OH)2(s) Ecell=1.4V
3.3. Ion litio (LiCO2)
3.3.1. Este tipo de baterías consta de varias celdas individuales con estructuras idénticas, así mismo, cada celda posee, un cátodo de óxido metálico de litio con cobalto (Co), manganeso (Mn) o níquel (Ni), generalmente (LiCoO2); él ánodo que por lo general es de grafito (C); un electrolito anhidro, como un polímero de fluoruro de polivinilideno (PVDF); un separador que evita los cortocircuitos, que se ubica entre los electrodos, generalmente es una película de polímero, impermeable y absorbente para los iones de litio.
3.3.1.1. Reaccionan de la siguiente forma:
3.3.1.1.1. 1. Descarga: los átomos de litio que están en el ánodo emiten electrones que se transportan por medio de un circuito externo al cátodo, con ayuda del electrolito y el separador, estos iones de litio son atraídos por los iones de Co, Ni o Mn. 2. Carga: los átomos de Li que no están ionizados se mueven del cátodo al ánodo a través del separador, entrelazándose con moléculas de grafito (C), a la carga también se le llama intercalación, carga con corriente constante, hasta alcanzar la corriente nominal y se alcanza la carga completa.
4. Ventajas y Desventajas de las baterías usadas en coches
4.1. Plomo Ácido
4.1.1. Ventajas: Una de las grandes ventajas de la venta de baterías de plomo es que, gracias a sus componentes, estas baterías son muy accesibles y de bajo coste. Esto se debe a que el plomo es un material comúnmente utilizado dentro de la industria por su facilidad de transmisión de energía. A su vez, gracias a que estas poseen un ánodo y un cátodo que, junto al electrolito, hacen que su eficiencia sea mayor comparado con otras baterías. Desventajas: Sin embargo, una desventaja que tienen estas baterías es que necesitan de un periodo más largo de tiempo para que estén cargadas, puesto que requieren un poco más de espacio. Lo que aumenta su volumen y peso. Esa es la razón por la que solo sirven para casos en los que su volumen no sea un problema. Por eso mismo, el que sea reciclado es objetivamente difícil.
4.2. Níquel Cadmio
4.2.1. Ventajas: Gracias a su estructura y el funcionamiento de esta, no tienen emisiones de gas, esto ayuda a que su mantenimiento sea más fácil de lo habitual. Asimismo, tienen una gran capacidad tanto de resistencia como de administración, lo cual llega a ser muy útil en culturizar ámbito para lo que se utilice la batería. Eso sin mencionar que también pueden durar por bastante tiempo diferentes cargas. Desventajas: Algunos tipos más nuevos de pilas de NiCd tienen una capacidad alta, cercana a la de las baterías de NiMH . Sin embargo, las baterías de alta capacidad no pueden proporcionar la misma corriente de carga alta que las baterías de NiCd estándar y, por lo tanto, pierden una de sus principales ventajas.
4.3. Ion Lítio (LiCO2)
4.3.1. Ventajas: Acumulan mucha mayor carga por unidad de volumen porque su estructura está hecha para que pueda soportar una mayor cantidad de descargas. El efecto memoria es un fenómeno que reduce la capacidad de las baterías con cargas incompletas. Dicho fenómeno se produce cuando se carga una batería sin haber sido descargada del todo previamente: se crean unos cristales en el interior de estas baterías, a causa de una reacción química al calentarse la batería, bien por uso o por las malas cargas. Para prevenirlo no hace falta esperar a descargar totalmente la batería antes de realizar una carga, basta con que una de cada pocas cargas sea completa. Desventajas: Como es de suponer y pasa con más normalidad de lo que parece, cuando existe un uso mal empleado con estas baterías respecto a las condiciones que deben estar, se necesita una descarga mayor a la que debería.
5. ¿Consideran que existe un uso desmedido en el uso de las pilas?
5.1. A causa del aumento de la demanda y el desarrollo de la tecnologia portatil detonó el desecho de pilas de forma global, estas no tienen una forma desecho correcta y contaminan el ambiente, el suelo y el agua De Acuerdo al el Diagnóstico Básico para la Gestión Integral de Residuos (INECC, 2012) se llego a la estimación de que entre 2006 y 2012 en México se generaron de forma anual un promedio de 34122 toneladas de pilas, aproximadamente 1534 millones de piezas, si tomamos en cuenta la población de 2010 cada habitante por año consume aproximadamente de 307 gramos de pilas y el 6.2% son de litio
6. Identifica los problemas económicos, ambientales y sociales que representa el consumo desmedido de pilas
6.1. Económicos
6.1.1. A pesar de se considere escasa a nula mente viable económicamente podemos encontrar dos categorías de clasificación: a)Reciclaje costeable (aluminio, cartón, papel) b)Se debe hacer un pago para que sean reciclados o recolectados
6.1.1.1. Las pilas entran dentro de la segunda clasificación, las empresas encargadas de la segunda clasificación tiene un costo de 600 pesos desde la ciudad de méxico a Nuevo León por un contenedor de 250 kilogramos, Haciendo un contraste de las pilas AA (las más comunes) y las pilas Nicd nos resulta que confinar una pila AA costaría un aproximado de 6 centavos de peso mexicano, mientras que confinar una de Ni-Cd en mexico constaría 25 centavos de peso mexicano y enviarla a EEUU 15 centavos de dólar estadounidense, llevando estos datos a números más grandes y más reales acopiar 10 millones de pilas AA constaría 600,000 pesos mexicanos, mientras que acopiar en méxico 10 millones de pilas Ni-Cd costaría 1,500,000 de pesos mexicanos
6.1.1.1.1. Para 2002 no existen empresas en México dedicadas al reciclaje de pilas y el costo económico es sumamente elevado, se requiere de una tecnología limpia, de alto costo, disponible sólo en países como EE.UU., Francia (dos plantas), Japón, Alemania y Suecia. Mediante esta tecnología se recupera el níquel y el cadmio; el níquel funciona como materia prima en la fabricación de acero inoxidable y el cadmio regresa al mercado, el cual ha perdido demanda por su altos niveles de toxicidad
6.2. Ambientales
6.2.1. Las pilas al momento de su desecho pasan por un proceso de oxidación y luego a través de los años por un proceso de descomposición de los elementos , esto causa un daño a la carcasa, lo cual facilita el esparcimiento de las sustancias tóxicas a suelos y cuerpos de agua.
6.2.1.1. Todas las pilas producidas en México se convierten en desecho, desde las pilas hechas para consumo nacional, las importadas de forma legal o ilegal. Llevando una cifra promedio de 35,500 toneladas durante cada uno de los últimos 7 años comprendiendo pilas primarias y secundarias Resulta complicado calcular el consumo de un a forma más real y precisa, ya que en las estadísticas oficiales no son consideradas las baterías incluidas con algunos productos, por lo que se realizan estimaciones de datos con la información disponible
6.3. Sociales
6.3.1. Con base a la información que comprende la década de 1990, se llega a la estimación de que cada habitante consumo de forma promedio 10 pilas y de estas pilas el 5.11 provienen de un procesos legal de distribución y el otro 1.89. de un procesos ilegal
6.3.1.1. Se han creado distintos programas para la recolección, estos no consideran el reciclaje, sin embargo no se cuenta con la infraestructura adecuada, además de que no se toma en cuenta la separación de pilas y la tecnología necesaria para cada uno de los diferentes procesos, Se han hecho esfuerzos de recolección por parte de organismos gubernamentales y no gubernamentales los cuales han tenido un éxito escaso o nulo, académicamente ha habido esfuerzos para crear tecnología con el fin de un desecho seguro, pero aún no hay resultados de estos esfuerzos.
6.3.1.2. Depósitos o centros de reciclaje en México. Desde el comienzo de su uso en México, durante la década de los 60 's el manejo de su desecho ha sido inapropiado, han sido desechadas en el ecosistema, quemadas junto con más basura o depositadas en los tiraderos municipales que no tienen los programas para el manejo adecuado. Por lo que el reciclaje en México es nulo. Los costos económicos de hacerlo resultan sumamente altos y los estudios ambientales necesarios no se han realizado
7. Métodos de tratamiento que existen para el reciclaje de las pilas y baterías (técnicas hidrometalúrgicas, técnicas pirometalúrgicas y técnicas fisicoquímicas).
7.1. En la actualidad no existe ninguna norma que regule el manejo de las baterías para coches por parte de propietarios recicladores informales, lugares de venta o de mantenimiento, gracias a esto hay una mala gestión de baterías ya que los propietarios normalmente las desechan en los lugares de cambio/mantenimiento o en la basura, los recicladores informales hacen este trabajo sin usar las medidas adecuadas por lo que al dar un manejo inadecuado de esta sustancia no solo ponen en riesgo al ambiente sino a su propia salud. Se ha visto que hay maneras para poder darle un manejo adecuado a estas baterías mediante un programa técnico que sea seguro para el ambiente procesando los desechos que generan estas batería de la mejor forma y así evitar daños graves a la gente que trabaja con estos materiales y al ambiente
7.1.1. Aunque no existan normas que regulen la gestión de estas baterías, si existen procesos para reciclarlas Las empresas Neometals Limited y SMS Group al querer líder el mercado del reciclaje de baterías han desarrollado un proceso de reciclaje llamado “Primobius” que al terminar el proceso generará nuevos productos vendibles reutilizando materiales que salen de estas baterías al reciclarlas como el litio, níquel entre otros.
7.1.1.1. El proceso empieza triturando las baterías gastadas para así crear una “masa negra” y donde esta masa es secada para poder separar el metal grueso y los materiales de plástico para que se les pueda llevar a cabo procesos hidrometalúrgicos ya que esta masa en la primer etapa contiene materiales activos, y en estos procesos se extraen estos materiales (litio, níquel y cobalto) para poder después reutilizarlos. Después van a una segunda fase donde esta masa pasa a una solución de lixiviación para que se purifique y se pueda extraer de esta los materiales, mientras más se purifique da resultados de cobalto y níquel como sulfatos de alta pureza adecuados para la venta de otro tipo de productos como son los baterías de iones de litio.