¿Quién inventó las baterías?

La mayoría de nosotros utilizamos baterías de muchas formas en nuestra vida cotidiana y las damos por sentado. Desde el despertador que nos despierta por la mañana y el coche que conducimos para ir al trabajo, hasta el marcapasos que nos mantiene con vida y la batería del teléfono que nos permite comunicarnos. Pero las baterías han recorrido un largo camino de descubrimiento y desarrollo para llegar a donde están hoy.

En esta lista, echamos un vistazo a algunos de los avances históricos en la historia de las baterías que han ayudado a dar forma a su mejora y evolución (Figura 1).

Batería de Bagdad (1700): En 1938, Wilhelm Konig, un arqueólogo alemán, desenterró tinajas de barro de aproximadamente el tamaño de un puño humano en Khujut Rabu, ubicado cerca de Bagdad, Irak. Estas tinajas de 2200 años de antigüedad estaban compuestas por una varilla de hierro dentro de un cilindro de cobre, sellado con un tapón de asfalto. Se especula que estas vasijas fueron utilizadas por los habitantes de la civilización parta, que gobernó la región hace 2.000 años, como baterías eléctricas para galvanizar oro sobre plata. Este conjunto se conoce como la “Batería de Bagdad”. Sin embargo, es importante señalar que actualmente no existe evidencia concreta que respalde esta especulación, e incluso la datación de estos artefactos sigue siendo algo controvertida.1

Pila voltaica (1800): Allesandro Volta, considerado el “verdadero” descubridor de las baterías, 1 realizó e introdujo la primera demostración exitosa de una batería moderna, comúnmente conocida como pila voltaica. Este dispositivo constaba de una serie de placas de zinc y plata apiladas, cada una de ellas separada por un paño empapado en una solución de ácido y sal. Esta invención marcó un hito importante, ya que allanó el camino para avances revolucionarios en las comunicaciones de larga distancia, incluido el desarrollo de los telégrafos a finales de la década de 1830 y, mucho más tarde, el teléfono en la década de 1870. Sin embargo, la pila voltaica original encontró un desafío debido al desarrollo de burbujas de hidrógeno como resultado de reacciones químicas que se adhirieron a las superficies de los electrodos. Este problema provocó una rápida disminución del rendimiento de la batería, lo que la hizo de uso práctico limitado.

Celda de Daniel (1836): el químico inglés John Daniel resolvió la degradación del rendimiento de la pila voltaica en 1836 con el descubrimiento de una batería de dos fluidos, denominada celda de Daniel.2 El sistema consistía en un frasco de vidrio con un ánodo de zinc en arriba y un cátodo de cobre en la parte inferior. Como electrolito se utilizó un líquido de dos capas de CuSO4 concentrado y H2SO4 diluido. Fue explotado comercialmente principalmente para alimentar telégrafos hasta finales del siglo XIX, cuando la introducción de otros diseños novedosos eclipsó su prominencia. Todos los distintos diseños de baterías se basaban hasta ahora en una filosofía de un solo uso, donde los electrodos, una vez consumidos por la reacción química, no podían regenerarse, definiendo lo que ahora se denominan celdas primarias.

Celda de almacenamiento de plomo-ácido (1854): el físico alemán Wilhelm Josef Sinsteden en 1854 sacó a la luz el concepto de baterías recargables mediante la utilización de dos láminas de plomo en un recipiente de H2SO4 diluido. Poco después, en 1859, el físico francés Gaston Planté presentó la primera batería recargable de plomo-ácido3 que revolucionó el mundo. Consistía en una doble lámina de plomo con una tira de goma entre ellas a modo de separador, que se enrollaba nuevamente en espiral y se sumergía en un electrolito diluido de H2SO4.

Célula de Leclanché (1866): En 1866, George Leclanché, un físico francés, introdujo varias innovaciones y desviaciones significativas del enfoque predominante de esa época. Desarrolló un nuevo tipo de batería que utilizaba MnO2 como uno de los electrodos, lo que marcó el primer uso de un óxido para este propósito.1 El óxido de plomo no se incorporó al diseño de baterías de plomo-ácido hasta 1881. El servicio telegráfico de Bélgica rápidamente adoptó esta tecnología en 1867, mostrando una transición excepcionalmente rápida de la patente al mercado.1 Leclanché también introdujo el uso de una solución de NH4Cl como electrolito,4 que divergía de la práctica predominante de emplear ácidos protónicos.

Celda seca (1886): Carl Gassner, en 1886, reemplazó la solución líquida de NH4Cl en la celda de Leclanché con una pasta de solución de NH4Cl mezclada con yeso de París, creando la primera celda seca importante.5 La invención de Gassner fue patentada en varios países porque Conocía el potencial comercial de su innovación. Durante el mismo período, también hubo desarrollos independientes de baterías secas, incluidas contribuciones notables de Wilhelm Hellesen y Yai Sakizo. La atribución precisa de quién inventó la primera pila seca sigue sin estar clara.

Pila de níquel-cadmio (1899): W. Jüngner introdujo la pila de níquel-cadmio en 1899, que fue la primera pila alcalina.6 Rápidamente adquirió fama como la tecnología de batería ideal para pequeños dispositivos de consumo. Esta tecnología fue elogiada por su alta capacidad de corriente y la capacidad de sufrir numerosos ciclos de carga y descarga. Sin embargo, en la década de 1930 comenzó a perder popularidad debido a factores como su alto costo, la degradación del electrolito, la reducción de la vida útil de la batería y la naturaleza tóxica del cadmio.

Pila de níquel-hierro (1901): Además de su trabajo sobre baterías de níquel-cadmio, Jüngner también introdujo las baterías de níquel-hierro. Este diseño fue desarrollado y patentado por Thomas Edison en 1901. Es intrigante observar que la motivación de Edison para mejorar las baterías de níquel-hierro surgió de su ambición de hacer de los automóviles eléctricos el medio de transporte preferido, un sentimiento que está experimentando un resurgimiento en los últimos años. siglo después. Desafortunadamente, el problema del envenenamiento por hierro planteó un obstáculo importante para la viabilidad comercial de estas baterías, lo que provocó su pérdida de popularidad.

Celdas de níquel-hidruro metálico (1967): La impopularidad del cadmio alentó el desarrollo de baterías de níquel-hidruro metálico en 1967, que no sólo están libres de cadmio sino que pueden almacenar más carga que las baterías de níquel-cadmio. En el lado negativo, las baterías de hidruro metálico de níquel entregan menos energía, tienen una autodescarga más rápida y son menos tolerantes a la sobrecarga.1 Encontraron amplias aplicaciones en teléfonos móviles, computadoras y productos electrónicos portátiles después de su comercialización en 1991.

Celdas de litio (1970): Las baterías basadas en litio fueron las últimas en surgir en la progresión de la tecnología de baterías, introducidas recién en la década de 1970 por varios grupos de investigación. El concepto de baterías de iones de litio (Li-ion) se discutió inicialmente alrededor de 1979, después de lo cual se lograron avances significativos, comenzando en 1980 con NA Godshall y colegas,7 así como con JB Goodenough y colegas.8 Sus trabajos demostraron con éxito la inserción y extracción de un ion litio en LiCoO2, junto con otros sistemas de óxidos. Estos avances sentaron las bases para la comercialización de la tecnología de baterías de iones de litio, que Sony logró en 1991.9 Las baterías de iones de litio encontraron un uso generalizado en marcapasos, relojes, cámaras y dispositivos electrónicos portátiles, así como en vehículos eléctricos e híbridos. Están disponibles variantes recargables10 y no recargables. Actualmente, los científicos están explorando activamente tecnologías de baterías alternativas, como las de iones de sodio,11 de litio-aire y de litio-azufre, que son muy prometedoras pero también presentan su propio conjunto de desafíos.12

El desarrollo y las capacidades de las baterías han avanzado mucho a lo largo de los años, pero este campo continúa evolucionando a un ritmo rápido. Los científicos se esfuerzan por conseguir baterías con capacidades mejoradas, mayor seguridad y una huella más respetuosa con el medio ambiente para satisfacer las demandas de los consumidores y las políticas. En consecuencia, es probable que veamos adiciones más interesantes a esta línea de tiempo en los próximos años.

1. Sarma DD, Shukla AK. Construyendo mejores baterías: un viaje en el tiempo. ACS Energía Lett. 2018;3(11):2841-2845. doi:10.1021/acsenergylett.8b01966

2. Daniell JF. Sobre combinaciones voltaicas. En una carta dirigida a Michael Faraday, d. CL, f. RS, profesor fulleriano. Química. Institución real, corr. Miembro. Real y diablillo. Acad. De la ciencia, París, Petersburgo, etc. Por j. Frédéric daniell, f. RS, prof. Química. En el King's College de Londres. Phil Trans R Soc. 1836;126:107-124. doi:10.1098/rstl.1836.0012

3. Kurzweil P. Gaston Planté y su invención de la batería de plomo-ácido: la génesis de la primera batería recargable práctica. J Fuentes de energía. 2010;195(14):4424-4434. doi:10.1016/j.jpowsour.2009.12.126

4. Dutta A, Mitra S, Basak M, Banerjee T. Una revisión exhaustiva de baterías y supercondensadores: desarrollo y desafíos desde sus inicios. Almacen de energia. 2023;5(1). doi:10.1002/est2.339

5. Mertens J. El desarrollo de la batería seca: Preludio de un artículo de consumo masivo (1882-1908). Centauro. 2000;42(2):109-134. doi:10.1034/j.1600-0498.2000.420203.x

6. Pourabdollah K. Desarrollo de inhibidores de electrolitos en baterías de níquel cadmio. Química, Inglaterra, Ciencias. 2017;160:304-312. doi:10.1016/j.ces.2016.11.038

7. Godshall NA, Raistrick ID, Huggins RA. Investigaciones termodinámicas de materiales ternarios de cátodos de oxígeno, metal de transición y litio. Mater Res Toro. 1980;15(5):561-570. doi:10.1016/0025-5408(80)90135-X

8. Mizushima K, Jones PC, Wiseman PJ, Goodenough JB. Lixcoo2 (0

9. Manthiram A. Una perspectiva sobre la tecnología de baterías de iones de litio. ACS Cent Ciencia. 2017;3(10):1063-1069. doi:10.1021/acscentsci.7b00288

10. Goodenough JB, Kim Y. Desafíos de las baterías de litio recargables. Química Mater. 2010;22(3):587-603. doi:10.1021/cm901452z

11. Luo W, Shen F, Bommier C, Zhu H, Ji X, Hu L. Ánodos de batería de iones de Na: materiales y electroquímica. Res. química Acc. 2016;49(2):231-240. doi:10.1021/acs.accounts.5b00482

12. Duffner F, Kronemeyer N, Tübke J, Leker J, Winter M, Schmuch R. Producción de celdas de baterías de iones de litio posteriores y su compatibilidad con la infraestructura de producción de celdas de iones de litio. Energía Nacional. 2021;6(2):123-134. doi:10.1038/s41560-020-00748-8