Celda estándar de mercurio
En los primeros días de la tecnología de medición eléctrica, un tipo especial de batería conocida como celda estándar de mercurio se usaba popularmente como estándar de calibración de voltaje. La salida de una celda de mercurio era de 1.0183 a 1.0194 voltios CC (dependiendo del diseño específico de la celda), y era extremadamente estable con el tiempo. La deriva anunciada fue de alrededor del 0.004 por ciento del voltaje nominal por año. Las células estándar de mercurio a veces se conocían como células Weston o células de cadmio .
Desafortunadamente, las células de mercurio eran bastante intolerantes con cualquier drenaje de corriente y ni siquiera podían medirse con un voltímetro analógico sin comprometer la precisión. Los fabricantes típicamente solicitaron no más de 0.1 mA de corriente a través de la celda, ¡e incluso esa cifra se consideró como momentánea , o sobretensión como máximo! En consecuencia, las células estándar solo se podían medir con un dispositivo potenciométrico (equilibrio nulo) donde el drenaje de corriente es casi cero. Se prohíbe el cortocircuito de una celda de mercurio, y una vez que se cortocircuita, no se puede volver a confiar en la celda como un dispositivo estándar.
Tipos de celdas estándar de mercurio
Las células estándar de mercurio también eran susceptibles a ligeros cambios en el voltaje si se perturbaban física o térmicamente. Se desarrollaron dos tipos diferentes de células estándar de mercurio para diferentes propósitos de calibración: saturado y insaturado . Las celdas estándar saturadas proporcionaron la mayor estabilidad de voltaje a lo largo del tiempo, a expensas de la inestabilidad térmica. En otras palabras, su voltaje se desplazó muy poco con el paso del tiempo (¡solo unos microvoltios en el transcurso de una década!), Pero tendió a variar con los cambios de temperatura (decenas de microvoltios por grado Celsius). Estas células funcionaron mejor en entornos de laboratorio con temperatura controlada donde la estabilidad a largo plazo es primordial. Las células no saturadas proporcionaron estabilidad térmica a expensas de la estabilidad en el tiempo, el voltaje permaneció prácticamente constante con los cambios de temperatura pero disminuyó de manera constante en aproximadamente 100 µV cada año. Estas celdas funcionaron mejor como dispositivos de calibración de “campo” donde la temperatura ambiente no se controla con precisión. El voltaje nominal para una celda saturada fue 1.0186 voltios y 1.019 voltios para una celda no saturada.
Las referencias modernas de voltaje de semiconductores ( diodo zener regulador) han reemplazado a las baterías de celda estándar como estándares de laboratorio y voltaje de campo.
Celda de combustible
Un dispositivo fascinante estrechamente relacionado con las baterías de celda primaria es la celda de combustible , llamada así porque aprovecha la reacción química de la combustión para generar una corriente eléctrica . El proceso de oxidación química (unión iónica de oxígeno con otros elementos) es capaz de producir un flujo de corriente entre dos electrodos, así como cualquier combinación de metales y electrolitos. Una pila de combustible puede considerarse como una batería con una fuente de energía química suministrada externamente.
Hasta la fecha, las celdas de combustible más exitosas construidas son las que funcionan con hidrógeno y oxígeno, aunque se han realizado muchas investigaciones sobre las celdas que utilizan combustibles de hidrocarburos. Mientras se “quema” hidrógeno, los únicos subproductos de desecho de una celda de combustible son agua y una pequeña cantidad de calor. Cuando se opera con combustibles que contienen carbono, el dióxido de carbono también se libera como subproducto. Debido a que la temperatura de funcionamiento de las celdas de combustible modernas está muy por debajo de la de la combustión normal, no se forman óxidos de nitrógeno (NOx), por lo que es mucho menos contaminante, siendo todos los demás factores iguales.
La eficiencia de la conversión de energía en una celda de combustible de química a eléctrica supera con creces el límite teórico de eficiencia de Carnot de un motor de combustión interna, que es una perspectiva emocionante para la generación de energía y los automóviles eléctricos híbridos.
Célula solar
Otro tipo de “batería” es la célula solar , un subproducto de la revolución de los semiconductores en la electrónica. El efecto fotoeléctrico , por el cual los electrones se desprenden de los átomos bajo la influencia de la luz, se conoce en física desde hace muchas décadas, pero solo con los avances recientes en tecnología de semiconductores que un existía un dispositivo capaz de aprovechar este efecto en cualquier grado práctico. Las eficiencias de conversión para las células solares de silicio siguen siendo bastante bajas, pero sus beneficios como fuentes de energía son innumerables: sin partes móviles, sin ruido, sin productos de desecho o contaminación (aparte de la fabricación de células solares, que sigue siendo una industria bastante “sucia” ), y la vida indefinida.
El costo específico de la tecnología de células solares (dólares por kilovatio) sigue siendo muy alto, con pocas posibilidades de una disminución significativa que impida algún tipo de avance revolucionario en la tecnología. A diferencia de los componentes electrónicos fabricados con un material semiconductor, que se pueden hacer cada vez más pequeños con menos desperdicio como resultado de un mejor control de calidad, una sola célula solar todavía requiere la misma cantidad de silicio ultra puro que hace treinta años. El control de calidad superior no produce la misma ganancia de producción observada en la fabricación de chips y transistores (donde las motas aisladas de impurezas pueden arruinar muchos circuitos microscópicos en una oblea de silicio). El mismo número de inclusiones impuras hace poco para afectar la eficiencia general de una célula solar de 3 pulgadas.
Célula de detección química
Sin embargo, otro tipo de “batería” de propósito especial es la celda de detección química . En pocas palabras, estas células reaccionan químicamente con sustancias específicas en el aire para crear un voltaje directamente proporcional a la concentración de esa sustancia. Una aplicación común para una célula de detección química es la detección y medición de la concentración de oxígeno. Muchos analizadores de oxígeno portátiles se han diseñado alrededor de estas pequeñas células. La química celular debe diseñarse para que coincida con la (s) sustancia (s) específica (s) a detectar, y las células tienden a “desgastarse”, ya que sus materiales de electrodo se agotan o se contaminan con el uso.
REVISIÓN:
- Las celdas estándar de mercurio son tipos especiales de baterías que alguna vez se usaron como estándares de calibración de voltaje antes del advenimiento de los dispositivos de referencia de semiconductores de precisión.
- Una celda de combustible es un tipo de batería que utiliza un combustible combustible y un oxidante como reactivos para generar electricidad. Son fuentes prometedoras de energía eléctrica en el futuro, “quemando” combustibles con muy bajas emisiones.
- Una célula solar usa energía de luz ambiental para motivar a los portadores de carga de un electrodo a otro, produciendo voltaje (y corriente, si hay un circuito externo).
- Una celda de detección química es un tipo especial de celda voltaica que produce un voltaje proporcional a la concentración de una sustancia aplicada (generalmente un gas específico en el aire ambiente).
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