Características, propiedades y forma de utilizar las pilas

Tensión eléctrica

La diferencia de potencial, voltaje o tensión que produce un elemento electroquímico o celda electroquímica viene determinado por la naturaleza de las sustancias de los electrodos y del electrolito, así como por su concentración. Walther Nernst obtuvo el premio Nobel de química de 1920 por haber formulado cuantitativamente y demostrado las leyes que rigen este fenómeno.

Un artefacto para verificar el voltaje de una batería.

La conexión de elementos en serie (apilando elementos o poniéndolos en batería) permite multiplicar esta tensión básica cuanto se quiera.

Las propiedades puramente eléctricas de una pila se representan mediante el modelo adjunto. En su forma más sencilla, está formado por una fuente de tensión perfecta —es decir, con resistencia interna nula— en serie con un resistor que representa la resistencia interna. El condensador de la versión más compleja es enormemente grande y su carga simula la descarga de la pila. Además de ello, entre los terminales también aparece una capacitancia, que no suele tener importancia en las aplicaciones de corriente continua.

Símbolo de una pila (izquierda); modelo eléctrico simplificado (centro); modelo más elaborado (derecha).

Una vez fijada la tensión, la ley de Ohm determina la corriente que circulará por la carga y consecuentemente el trabajo que podrá realizarse, siempre que esté, naturalmente, dentro de las posibilidades de la pila, que no son infinitas, sino que están limitadas fundamentalmente por el tamaño de los electrodos —lo que determina el tamaño externo de la pila completa— y por su separación. Estos condicionamientos físicos se representan en el modelo de generador como una resistencia interna por la que pasaría la corriente de un generador ideal, es decir, de uno que pudiese suministrar una corriente infinita al voltaje predeterminado.

Conforme la célula se va gastando, su resistencia interna va aumentando, lo que hace que la tensión disponible sobre la carga vaya disminuyendo, hasta que resulte insuficiente para los fines deseados, momento en el que es necesario reemplazarla. Para dar una idea, una pila nueva de las ordinarias de 1,5 V tiene una resistencia interna de unos 350 mΩ, mientras que una vez agotada puede aumentar considerablemente este valor. Ésta es la razón de que la mera medición de la tensión con un voltímetro no sirva para indicar el estado de una pila. En circuito abierto, incluso una pila gastada puede indicar 1,4 V, dada la carga insignificante que representa la resistencia de entrada del voltímetro, pero, si la medición se hace con la carga que habitualmente podría soportar, la lectura bajará a 1,0 V o menos, momento en que esa pila ha dejado de tener utilidad. Las actuales pilas alcalinas tienen una curva de descarga más suave que las antiguas de carbón. Su resistencia interna aumenta proporcionalmente más despacio.

Cuando se necesita una corriente mayor que la que puede suministrar un elemento único, siendo su tensión en cambio la adecuada, se pueden añadir otros elementos en la conexión llamada en paralelo, es decir, uniendo los polos positivos de todos ellos, por un lado, y los negativos, por otro. Este tipo de conexión tiene el inconveniente de que, si un elemento falla antes que sus compañeros o se cortocircuita, arrastra irremisiblemente en su caída a todos los demás.

En las características reacciones químicas, las que se producen dentro de una pila son sensibles a la temperatura y, normalmente, se aceleran cuando ésta aumenta, lo que se traducirá en un pequeño aumento de la tensión. Más importante es el caso de la bajada, pues cuando se alcanzan las de congelación muchas pilas pueden dejar de funcionar o lo hacen defectuosamente, cosa de la que suelen advertir los fabricantes. Como contrapartida, si se almacenan las pilas refrigeradas, se prolongará su buen estado.

Duración fuera de servicio

Lo ideal sería que las reacciones químicas internas no se produjeran más que cuando la pila esté en servicio, pero la realidad es que las pilas se deterioran con el paso del tiempo, aunque no se usen, pues los electrodos resultan atacados en lo que se conoce con el nombre de acción local. Puede considerarse que una pila pierde unos 6 mV por mes de almacenamiento, aunque depende mucho de la temperatura. Actualmente, esto no constituye un problema grave pues, dado el enorme consumo que hay de los tipos corrientes, las que se ofrecen en el comercio son de fabricación reciente. Algunos fabricantes imprimen en los envases la fecha de caducidad del producto.