Tipos de bateria, características e reações

No mercado, você pode obter diferentes tipos de baterias com características próprias. As baterias, que nada mais são que células voltaicas, fornecem ao consumidor a vantagem de transportar eletricidade para qualquer lugar com elas (desde que as condições não sejam drásticas).

Geralmente as baterias podem ser compradas isoladas; mas eles também se acoplam em série ou em paralelo, cujo conjunto se torna o que chamam de baterias. E, portanto, às vezes os termos ‘baterias’ e ‘baterias’ são frequentemente usados ​​indiscriminadamente, mesmo que não sejam os mesmos.

Tipos de bateria, características e reações 1

Pilhas alcalinas: um dos tipos mais conhecidos de baterias. Fonte: Pexels

As baterias podem ter inúmeras cores, formas e tamanhos, assim como podem ser feitas de outros materiais. Da mesma forma, e mais importante, sua estrutura interna, onde as reações químicas que geram eletricidade se desenvolvem , serve para diferenciá-las umas das outras.

Por exemplo, três pilhas alcalinas são mostradas na imagem acima, uma das mais comuns. O termo alcalino refere-se ao ambiente em que ocorre a liberação e o fluxo de elétrons, é básico; isto é, tem um pH maior que 7 e OH e outras cargas negativas predominam .

Classificação geral

Antes de abordar alguns dos diferentes tipos de baterias, é necessário saber que elas são classificadas globalmente como primárias ou secundárias.

Primário

As baterias primárias são aquelas que uma vez consumidas devem ser descartadas ou recicladas, pois a reação química na qual a corrente elétrica é mantida é irreversível. Portanto, eles não podem ser recarregados.

Eles são usados ​​principalmente em aplicações onde é impraticável recarregar energia elétrica; como em dispositivos militares, no campo de batalha completo. Eles também são projetados para equipamentos que consomem pouca energia e duram mais; por exemplo, controles remotos ou consoles portáteis (tipo Gameboy, tetris e tamagotchi).

As pilhas alcalinas, para citar outro exemplo, também pertencem ao tipo primário. Eles geralmente têm formas cilíndricas, embora isso não implique que as baterias cilíndricas não possam ser secundárias ou recarregáveis.

Secundário

Diferentemente das baterias primárias, as baterias secundárias podem ser recarregadas quando a energia acabar.

Isso ocorre porque as reações químicas que ocorrem dentro deles são reversíveis e, portanto, após a aplicação de uma certa tensão, faz com que as espécies de produtos se tornem reagentes novamente, iniciando a reação novamente.

Algumas baterias secundárias (chamadas baterias) são geralmente pequenas, assim como as principais; no entanto, eles são destinados a dispositivos que consomem mais energia e para os quais o uso de baterias primárias seria impraticável econômica e energeticamente. Por exemplo, as baterias de telefones celulares contêm baterias secundárias.

Além disso, as baterias secundárias são projetadas para grandes equipamentos ou circuitos; por exemplo, baterias de carro, que são compostas por várias baterias ou células voltaicas.

Eles geralmente são mais caros que as baterias primárias, mas para usos a longo prazo, acabam sendo uma opção mais apropriada e eficaz.

Outros aspectos

As baterias são classificadas em primárias ou secundárias; mas comercialmente ou popularmente, eles são geralmente classificados de acordo com a forma (cilíndrica, retangular, botões), o dispositivo pretendido (câmeras, veículos, calculadoras), seus nomes (AA, AAA, C, D, N, A23 etc.) ) e seus códigos IEC e ANSI.

Da mesma forma, características como sua voltagem (1,2 a 12 volts), bem como sua vida útil e preços, são responsáveis ​​por atribuir uma certa classificação aos olhos do consumidor.

Relacionado:  Sulfato de cobre (CuSO4): estrutura, propriedades, produção, usos

Lista de tipos de bateria

-Carbono-zinco

As baterias de carbono-zinco (também conhecidas como células de Leclanché ou células de sal) são uma das mais primitivas e atualmente são consideradas quase obsoletas em comparação com outras baterias; especialmente em comparação com as pilhas alcalinas, que, embora sejam um pouco mais caras, têm uma vida útil mais longa e tensões mais altas.

Como o nome indica, seus eletrodos consistem em uma lata de zinco e uma haste de grafite, correspondentes ao ânodo e ao cátodo, respectivamente.

No primeiro eletrodo, o ânodo, os elétrons se originam pela oxidação do zinco metálico. Esses elétrons passam então por um circuito externo que alimenta o dispositivo com energia elétrica e terminam no cátodo de grafite, onde o ciclo é concluído pela redução do dióxido de manganês no qual está submerso.

Reacções

As equações químicas para as reações que ocorrem nos eletrodos são:

Zn (s) → Zn 2+ (ac) + 2e (ânodo)

2 MnO 2 (s) + 2e + 2 NH 4 Cl (aq) → Mn 2 O 3 (s) + 2 NH 3 (aq) + H 2 O (l) + 2 Cl (aq) (cátodo)

Essas baterias são muito semelhantes às alcalinas: ambas são cilíndricas (como as da imagem). No entanto, as baterias de carbono-zinco podem ser distinguidas se as características rotuladas fora forem lidas em detalhes ou se seu código IEC for precedido pela letra R. Sua tensão é de 1,5 V.

-Alcalinas

As pilhas alcalinas são muito semelhantes aos do tipo zinco-carbono, com a diferença de que a forma em que os eléctrodos contém anião OH . O referido meio consiste em eletrólitos fortes de hidróxido de potássio, KOH, que fornecem o OH que participam e “colaboram” na migração de elétrons.

Ele vem em diferentes tamanhos e tensões, embora o mais comum seja de 1,5V. São talvez as baterias mais conhecidas do mercado (Duracell, por exemplo).

As reações que ocorrem em seus eletrodos são:

Zn (s) + 2OH (aq) → ZnO (s) + H 2 O (l) + 2e (ânodo)

2MnO 2 (s) + H 2 O (l) + 2e → Mn 2 O 3 (s) + 2OH (aq) (cátodo)

À medida que a temperatura aumenta, as reações ocorrem mais rapidamente e as baterias são descarregadas mais rapidamente. Curiosamente, espalharam-se rumores populares sobre colocá-los no freezer para aumentar sua vida útil; mas, quando esfriar, seu conteúdo poderá sofrer solidificações possíveis que resultam em defeitos ou riscos subsequentes.

Mercúrio

Tipos de bateria, características e reações 2

Provável pilha de mercúrio, que pode ser confundida com a pilha de óxido de prata. Fonte: Multicherry [CC0].

As baterias de mercúrio são muito características por sua forma peculiar de botões prateados (imagem acima). Quase todos os reconheceriam à primeira vista. Eles também são alcalinos, mas seu cátodo incorpora, além de grafite e dióxido de manganês, óxido de mercúrio, HgO; que, depois de reduzido, é transformado em mercúrio metálico:

Zn (s) + 2OH (aq) → ZnO (s) + H 2 O (l) + 2e

HgO (s) + H 2 O + 2e → Hg (s) + 2OH

Observe como nestas reacções consumido célula e regenerar o anião OH .

Sendo baterias pequenas, destina-se a pequenos dispositivos, como relógios, calculadoras, controles de brinquedos, etc. Quem usou qualquer um desses objetos terá percebido que não é necessário trocar as baterias por quase uma “eternidade”; o que seria equivalente a aproximadamente 10 anos.

Relacionado:  Ácido benzóico: estrutura, propriedades, produção, usos

Óxido de prata

Tipos de bateria, características e reações 3

Pilhas de óxido de prata Fonte: Lukas A, CZE [Domínio público].

O principal defeito das baterias de mercúrio é que, quando descartadas, representam um sério problema para o meio ambiente, devido às características tóxicas do referido metal. Isso pode ser devido à falta de códigos IEC e ANSI. Para baterias de óxido de prata, seu código IEC é precedido pela letra S.

Um dos substitutos das baterias de mercúrio corresponde ao óxido de prata, muito mais caro, mas com menos impacto ecológico (imagem acima). No começo, eles continham mercúrio para proteger o zinco da corrosão alcalina.

Ele vem disponível com uma voltagem de 1,5V, e suas aplicações são muito semelhantes às da bateria de mercúrio. De fato, à primeira vista, ambas as baterias parecem idênticas; embora possa haver pilhas muito maiores de óxido de prata.

As reações em seus eletrodos são:

Zn (s) + 2OH (ac) → Zn (OH) 2 (s) + 2 e

Ag 2 O (s) + 2H + (aq) + 2e → 2Ag (s) + H 2 O (l)

Subseqüentemente, a água sofre eletrólise, decompondo-se nos íons H + e OH .

Observe que, em vez de mercúrio, o cátodo metálico de prata é formado.

-Níquel-cádmio (NiCad)

Tipos de bateria, características e reações 4

Bateria NiCd Fonte: LordOider [CC0].

A partir deste momento, são consideradas baterias secundárias ou baterias. Como o mercúrio, as baterias de níquel-cádmio são prejudiciais ao meio ambiente (para a vida selvagem e a saúde) pelo metal cádmio.

Eles são caracterizados por gerar altas correntes elétricas e podem ser recarregados várias vezes. De fato, eles podem ser recarregados um total de 2000 vezes, o que equivale a uma durabilidade extraordinária.

Seus eletrodos consistem em hidróxido de óxido de níquel, NiO (OH), para o cátodo, e metal-cádmio, para o ânodo. A base química, em essência, permanece a mesma: o cádmio (em vez do zinco) perde elétrons e o cádmio NiO (OH) os ganha.

As reações de meia célula são:

Cd (s) + 2OH (ac) → Cd (OH) 2 (s) + 2e

2NiO (OH) (s) + 2H 2 O (l) + 2e → 2Ni (OH) 2 (s) + OH (aq)

Ânions OH novamente, vêm do eletrólito KOH. As baterias de NiCad acabam gerando hidróxidos metálicos de níquel e cádmio.

Eles são usados ​​individualmente ou acoplados em pacotes (como amarelo, imagem superior). Eles vêm, então, em pacotes grandes ou pequenos. Os pequenos encontram uso em brinquedos; mas os grandes são destinados a aviões e veículos elétricos.

-Hidreto de metal níquel (Ni-HM)

Tipos de bateria, características e reações 5

Baterias Ni-HM. Fonte: Ramesh NG, do Flickr (https://www.flickr.com/photos/rameshng/5645036051)

Outra bateria ou bateria bem conhecida, que excede a capacidade de energia do NiCad, é o Ni-HM (níquel e hidreto metálico). Pode ser fornecido em formato cilíndrico (baterias convencionais, imagem superior) ou encaixado em uma bateria.

Quimicamente, possui quase as mesmas características que as baterias de NiCad, com a principal diferença sendo o eletrodo negativo: o cátodo não é cádmio, mas uma liga intermetálica de terras raras e metais de transição.

Essa liga é responsável por absorver o hidrogênio formado durante o carregamento, gerando um hidreto metálico complexo (daí a letra H em seu nome).

Embora as baterias Ni-HM forneçam mais energia (aproximadamente 40% a mais), elas são mais caras, desgastam-se mais rapidamente e não podem ser recarregadas o mesmo número de vezes que as baterias NiCad; isto é, eles têm uma vida útil mais curta. No entanto, eles não possuem o efeito de memória (perda de desempenho da bateria quando não completamente descarregada).

Relacionado:  Soluções normais: conceito, preparação, exemplos

É por esse motivo que eles não devem ser usados ​​em máquinas de longo prazo; embora esse problema tenha sido corrigido com as baterias LSD-NiHM. Da mesma forma, baterias Ni-HM ou baterias têm características térmicas muito estáveis, sendo operáveis ​​em uma ampla faixa de temperaturas sem representar um risco.

Reacções

As reações que ocorrem em seus eletrodos são:

Ni (OH) 2 (s) + OH (aq) ⇌ NiO (OH) (s) + H 2 O (l) + e

H 2 O (l) + M (s) + e ⇌ OH (aq) + MH (s)

-Ion-lítio

Tipos de bateria, características e reações 6

Bateria de íon de lítio de um laptop. Fonte: Kristoferb da Wikipedia.

As baterias de lítio são baseadas na migração de íons Li + , que são transferidos do ânodo para o cátodo, produto de repulsões eletrostáticas devido ao aumento da carga positiva.

Alguns podem ser recarregados, como baterias de laptop (imagem superior), e outros, baterias cilíndricas e retangulares (LiSO 2 , LiSOCl 2 ou LiMnO 2 ) no.

As baterias de íon de lítio são caracterizadas por serem muito leves e energéticas, o que permite que sejam usadas em muitos dispositivos eletrônicos, como smartphones e equipamentos médicos. Da mesma forma, eles sofrem apenas com o efeito da memória, sua densidade de carga excede a das pilhas e baterias NiCad e Ni-HM e leva mais tempo para descarregar.

No entanto, eles são muito sensíveis a altas temperaturas, mesmo explodindo; e também, eles tendem a ser mais caros em comparação com outras baterias. Mesmo assim, as baterias de lítio são vistas com bons olhos no mercado e muitos consumidores as classificam como as melhores.

-Chumbo ácido

Tipos de bateria, características e reações 7

Bateria acidificada ao chumbo típica dos carros. Fonte: Tntflash [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

E, finalmente, as bactérias ácidas de chumbo, como o nome indica, não contêm íons OH mas H + ; especificamente, uma solução concentrada de ácido sulfúrico. As células voltaicas estão localizadas dentro de suas caixas (imagem superior), onde três ou seis delas podem ser acopladas em série, fornecendo uma bateria de 6 ou 12 V, respectivamente.

É capaz de gerar grandes quantidades de carga elétrica e, por serem muito pesadas, são destinadas a aplicações ou dispositivos que não podem ser transportados manualmente; por exemplo, carros, painéis solares e submarinos. Esta bateria ácida é a mais antiga e ainda está em vigor na indústria automotiva.

Seus eletrodos são feitos de chumbo: PbO 2 para o cátodo e chumbo metálico esponjoso para o ânodo. As reações que ocorrem nelas são:

Pb (s) + HSO 4 (aq) → PbSO 4 (s) + H + (aq) + 2e

PbO 2 (s) + HSO 4 (aq) + 3H + (aq) + 2e → PbSO 4 (s) + 2H 2 O (l)

Referências

  1. Whitten, Davis, Peck e Stanley. (2008). Química (8a ed.). Aprendizagem CENGAGE.
  2. Odunlade Emmanuel. (24 de julho de 2018). Diferentes tipos de baterias e suas aplicações. Resumo do circuito Recuperado de: circuitdigest.com
  3. PRBA (sf). Tipos de baterias. Recuperado em: prba.org
  4. Isidor Buchman. (2019). Qual é a melhor bateria? Battery University Recuperado de: batteryuniversity.com
  5. As empresas McGraw-Hill. (2007). Capítulo 12: Baterias. [PDF]. Recuperado de: oakton.edu
  6. Shapley Patricia (2012). Tipos comuns de bateria Universidade de Illinois Recuperado de: butane.chem.uiuc.edu
  7. Atitude ecológica (22 de janeiro de 2017). Tipos de pilhas: guia completo com as pilhas e pilhas existentes. Recuperado de: actitudecologica.com

Deixe um comentário

Este site usa cookies para lhe proporcionar a melhor experiência de usuário. política de cookies, clique no link para obter mais informações.

ACEPTAR
Aviso de cookies