Bateria alcalina: componentes, operação e usos

A bateria alcalina é uma bateria na qual o pH de sua composição eletrolítica é básico. Essa é a principal diferença entre esta bateria e muitas outras em que seus eletrólitos são ácidos; como é o caso das baterias de zinco-carbono que usam sais de NH 4 Cl ou mesmo ácido sulfúrico concentrado nas baterias de automóveis.

É também uma célula seca, uma vez que os eletrólitos básicos estão na forma de pasta com baixa porcentagem de umidade; mas o suficiente para permitir a migração dos íons que participam das reações químicas aos eletrodos e, assim, concluir o circuito eletrônico.

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Fonte: Mike Mozart via Flickr.

Na imagem acima, há uma bateria de 9V da Duracell, um dos exemplos mais conhecidos de baterias alcalinas. Quanto maior a bateria, maior será sua vida útil e capacidade de trabalho (especialmente se forem destinadas a dispositivos que consomem muita energia). Para aparelhos pequenos, você tem pilhas AA e AAA.

Outra diferença, além do pH de sua composição eletrolítica, é que, recarregáveis ​​ou não, geralmente duram mais que as baterias ácidas.

Componentes da bateria alcalina

Na célula de zinco-carbono, existem dois eletrodos: um de zinco e outro de carbono de grafite. Na sua “versão básica”, um dos eletrodos, em vez de grafite, consiste em óxido de manganês (IV), MnO 2 misturado com grafite.

A superfície de ambos os eletrodos é consumida e revestida com os sólidos resultantes das reações.

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Fonte: Responsável principal [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) ou GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], da Wikimedia Commons

Além disso, em vez de uma lata com uma superfície homogênea de zinco como recipiente celular, há uma série de discos compactos (imagem acima).

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No centro de todos os discos, encontra-se uma haste de MnO 2 , em cuja extremidade superior uma arruela isolante se projeta e marca o terminal positivo (cátodo) da bateria.

Observe que os discos são cobertos com uma camada porosa e metálica; Este último também pode ser um filme plástico fino.

A base da bateria constitui o terminal negativo, onde o zinco oxida e libera os elétrons; mas estes precisam de um circuito externo para alcançar a parte superior da bateria, seu terminal positivo.

A superfície do zinco não é lisa, como é o caso das células de Leclanché, mas é áspera; isto é, eles têm muitos poros e uma grande área de superfície que aumenta a atividade da pilha.

Eletrólitos básicos

A forma e a estrutura das baterias mudam de acordo com o tipo e o design. No entanto, todas as baterias alcalinas têm em comum um pH básico de sua composição eletrolítica, que se deve à adição de NaOH ou KOH à mistura da pasta.

Na verdade, são os íons OH aqueles que participam das reações responsáveis ​​pela energia elétrica contribuída por esses objetos.

Operação

Quando a bateria alcalina é conectada ao aparelho e ligada, o zinco reage imediatamente com o OH da pasta:

Zn (s) + 2OH (ac) => Zn (OH) 2 (s) + 2e

Os 2 elétrons liberados pela oxidação do zinco viajam para o circuito externo, onde são responsáveis ​​por iniciar o mecanismo eletrônico do dispositivo.

Em seguida, eles retornam à pilha através do terminal positivo (+), o cátodo; isto é, eles cruzam o eletrodo de MnO 2 -grafito. Como a pasta possui uma certa umidade, ocorre a seguinte reação:

2MnO 2 (s) + 2H 2 O (l) + 2e => 2MnO (OH) (s) + 2OH (aq)

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Agora, o MnO 2 é reduzido ou ganha os elétrons de Zn. É por esse motivo que esse terminal corresponde ao cátodo, onde é a redução.

Observe que OH é regenerado no final do ciclo para reiniciar a oxidação do Zn; em outras palavras, elas se difundem no meio da pasta até entrarem em contato novamente com o zinco em pó.

Além disso, não há produtos gasosos são formados, como com a pilha de zinco-carbono que é gerado NH 3 e H 2 .

Chegará um ponto em que toda a superfície do eletrodo será coberta por sólidos de Zn (OH) 2 e MnO (OH), encerrando a vida útil da bateria.

Pilhas recarregáveis

A bateria alcalina descrita não é recarregável; portanto, uma vez “descarregada”, não há como usá-la novamente. Este não é o caso dos recarregáveis, que são caracterizados por reações reversíveis.

Para reverter os produtos para os reagentes, uma corrente elétrica deve ser aplicada na direção oposta (não do ânodo para o cátodo, mas do cátodo para o ânodo).

Um exemplo de bateria alcalina recarregável é o NiMH. Isso consiste em um ânodo NiOOH, que perde elétrons que são direcionados ao cátodo de hidreto de níquel. Quando a bateria é usada, ela está descarregada e é daí que vem a frase familiar “carregar a bateria”.

Assim, ele pode ser recarregado centenas de vezes, conforme necessário; no entanto, o tempo não pode ser completamente revertido e as condições originais alcançadas (o que não seria natural).

Da mesma forma, não pode ser recarregada de maneira arbitrária: as diretrizes recomendadas pelo fabricante devem ser seguidas.

É por isso que mais cedo ou mais tarde essas baterias também perecem e perdem sua eficácia. No entanto, tem a vantagem de não ser rapidamente descartável, contribuindo menos para a poluição.

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Outras baterias recarregáveis ​​são as baterias de níquel-cádmio e lítio.

Usos

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Fonte: Pxhere

Algumas variantes de baterias alcalinas são tão pequenas que podem ser usadas em relógios, controles remotos, relógios, rádios, brinquedos, computadores, consoles, lanternas etc. Outros são maiores que a estatueta de um clone de Guerra nas Estrelas.

De fato, no mercado são os que predominam sobre outros tipos de baterias (pelo menos para uso doméstico). Eles duram mais e geram mais eletricidade do que as baterias convencionais de Leclanché.

Embora a bateria de zinco-manganês não contenha substâncias tóxicas, outras baterias, por exemplo as de mercúrio, abrem um debate sobre seu possível impacto no meio ambiente.

Por outro lado, as pilhas alcalinas funcionam muito bem em uma ampla faixa de temperaturas; Pode até funcionar abaixo de 0 ° C, portanto, são uma boa fonte de energia elétrica para os dispositivos cercados por gelo.

Referências

  1. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica (Quarta edição). Mc Graw Hill
  2. Whitten, Davis, Peck e Stanley. (2008). Química (8a ed.). Aprendizagem CENGAGE.
  3. Bobby (10 de maio de 2014). Saiba mais sobre a maioria das baterias alcalinas confiáveis. Recuperado de: upsbatterycenter.com
  4. Duracell (2018). Perguntas freqüentes: ciência. Recuperado de: duracell.mx
  5. Boyer, Timothy. (19 de abril de 2018). Qual é a diferença entre pilhas alcalinas e não alcalinas? Sciencing Recuperado de: sciencing.com
  6. Michael W. Davidson e Universidade Estadual da Flórida. (2018). A bateria alcalina-manganês. Recuperado de: micro.magnet.fsu.edu

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