Baterias Elétricas

Em ciência e tecnologia, uma bateria é um dispositivo que armazena energia química e a torna disponível na forma de energia elétrica. Baterias consistem de dispositivos eletroquímicos tais como uma ou mais células galvânicas, células combustíveis ou células de fluxos. (by http://pt.wikipedia.org/wiki/Bateria_(qu%C3%ADmica))

O símbolo esquemático de uma bateria em um circuito elétrico.

A capacidade de uma bateria de armazenar carga é expressada em ampère-hora (1 Ah = 3600 coulombs). Se uma bateria puder fornecer um ampère (1 A) de corrente (fluxo) por uma hora, ela tem uma capacidade de 1 Ah em um regime de descarga de 1h (C1). Se puder fornecer 1 A por 100 horas, sua capacidade é 100 Ah em um regime de descarga de 100h (C100). Quanto maior a quantidade de eletrólito e maior o eletrodo da bateria, maior a capacidade da mesma.

Lei de Peukert: Por causa das reações químicas dentro das pilhas, a capacidade de uma bateria depende das condições da descarga tais como o valor da corrente elétrica, a duração da corrente, a tensão terminal permissível da bateria, a temperatura, e os outros fatores. Os fabricantes de bateria usam um método padrão para avaliar suas baterias. A bateria é descarregada em uma taxa constante da corrente sobre um período de tempo fixo, tal como 10 horas ou 20 horas. Uma bateria de 100 ampères-hora é avaliada assim para fornecer 5 A por 20 horas na temperatura ambiente. A eficiência de uma bateria é diferente em taxas diferentes da descarga. Ao descarregar-se em taxas baixas (correntes pequenas), a energia da bateria é entregue mais eficientemente do que em taxas mais elevadas da descarga (correntes elevadas).

Tipos de bateria: Bateria de hidreto metálico de níquel;  de níquel cádmio; Bateria de íon lítio; Bateria de chumbo.

Bateria de níquel-hidreto metálico

A bateria de níquel-hidreto metálico (Ni-MH) é uma tecnologia relativamente nova que apresenta características operacionais similares às da bateria de níquel cádmio. Sua principal diferença consiste no uso de hidrogênio absorvido em uma liga, na forma de hidreto metálico, como material ativo no eletrodo negativo, ao invés de cádmio utilizado nas baterias de níquel cádmio. O eletrodo de hidreto metálico apresenta uma maior densidade de energia que um eletrodo de cádmio, portanto a massa de material ativo para o eletrodo negativo usado em uma bateria de níquel-hidreto metálico pode ser menor que a usada em baterias de níquel cádmio. Isto também permite que se possa utilizar uma maior quantidade de material ativo para o eletrodo positivo, o que resulta em uma maior capacidade ou tempo de descarga para esta bateria.

A maioria das características operacionais das baterias seladas de níquel-hidreto metálico são similares às das baterias de níquel-cádmio. As similaridades no que diz respeito à tensão (Volts) da célula, à pressão característica e aos métodos de controle de carga sugerem que o sistema Ni-MH deverá continuar tomando uma boa fração do mercado de outras células recarregáveis no futuro próximo.

Bateria de níquel cádmio

A bateria de níquel cádmio (também conhecida pelo seu acrônimo NiCd) foi o primeiro tipo de pilha ou bateria recarregável a ser desenvolvida. Nestas, o pólo positivo e o pólo negativo encontram-se no mesmo recipiente, com o pólo positivo (ou cátodo) coberto de Hidróxido de níquel, e o pólo negativo (ou ânodo) coberto de material sensível ao cádmio. Ambos são isolados por um separador. Os pólos estão imersos em uma substância eletrolítica, que conduz íons, geralmente uma solução de Hidróxido de potássio (KOH).

Comumentemente as baterias recarregáveis de NiCd são utilizadas nos telefones celulares. Este tipo de bateria é considerado antigo, sendo substituído por outros tipos de bateria como as de hidreto metálico de níquel (NiMH) e de íon de lítio (Li-ion).

As pilhas NiCd são geralmente mais baratas, porém têm menor tempo de vida útil, além de menor capacidade de carga, e podem sofrer de um problema chamado “efeito memória”. Quando isso ocorre, a pilha deixa de ser carregada totalmente por sua composição química dar sinal de que a carga está completa. Para entender melhor, imagine que uma pilha tem um efeito memória que atinge 10% de sua capacidade. Isso indica que sua carga será de 90%, pois a pilha indicará que os 10% restantes já estão carregados.

O efeito memória acontece quando resíduos de carga na pilha induzem a formação de pequenos blocos de cádmio. A melhor maneira de evitar o problema é não fazer recargas quando a bateria está parcialmente descarregada. É melhor esperar até a pilha descarregar e deixar de ser possível utilizá-la no aparelho para então recarregá-la.

As pilhas NiCd estão cada vez mais em desuso, pois além do efeito memória, de terem menor capacidade e menor tempo de vida útil, esse tipo de bateria é muito poluente, já que o cádmio é um elemento químico altamente tóxico e prejudicial ao meio ambiente.

Bateria de íon lítio

As baterias de íon lítio são um tipo de baterias recarregáveis muito utilizadas em equipamentos eletrônicos portáteis. Armazenam o dobro de energia que uma bateria de hidreto metálico de níquel (ou NiMH) e três vezes mais que uma bateria de níquel cádmio (ou NiCd). Outra diferença da bateria de íons de lítio é a ausência do efeito memória (não vicia), ou seja, não é preciso carregar a bateria até o total da capacidade e descarregar até o total mínimo, ao contrário da bateria de NiCd.

Características: Densidade da energia elevada: potencial para capacidades mais elevadas; Carregamento: Não é necessário o carregamento total máximo nem a descarga máxima da bateria antes de uma recarga; Capacidade: A bateria de íons de lítio tem o dobro da capacidade das baterias de níquel; Efeito memória: Não existe o efeito memória ou seja a bateria não “vicia”; Carga Muito Maior; Pronta para Usar: Diferentemente de outros tipos de baterias recarregaveis, não é preciso passar horas carregando antes de usar pela primeira vez; Menor peso: a baixa densidade do lítio, possibilita a criação de baterias com alta capacidade e bem mais leves, o que facilita o seu uso em equipamentos portáteis.

Carregando: A bateria deve ser frequentemente carregada e descarregada (pelo uso).

Descarregando: Deve ser evitado ao máximo que a bateria chegue em sua carga mínima, “desligando” o aparelho.

Aquecimento: A bateria é sensível ao calor, deve-se evitar expor a bateria ao calor. Quando a bateria estiver totalmente carregada, deve ser retirada do carregador, evitando-se assim que a mesma aqueça.

As baterias de íon de lítio são facilmente corrompidas, inflamáveis e podem até explodir em altas temperaturas. Nunca a deixe exposta diretamente à luz do sol, curto-circuitos ou a abertura da embalagem também podem fazer com que a bateria se inflame. O uso do aparelho enquanto a bateria esta em carregamento também causa aquecimento da mesma.

Acumulador de chumbo

Acumulador de Chumbo também conhecido como bateria de chumbo foi inventado pelo francês Gaston Piantei em 1860. É uma associação de pilhas (chamadas de elementos, na linguagem da indústria de baterias) ligadas em série.

O potencial de cada pilha é aproximadamente 2V. Uma bateria de pilhas, que é a mais comum nos carros modernos, fornece uma tensão de 12V. Associações ainda menores são usadas em tratores, aviões e em instalações fixas, como centrais telefônicas e aparelhos de PABX.

A bateria de Chumbo é constituída de dois eletrodos; um de chumbo esponjoso e o outro de dióxido de chumbo em pó, ambos mergulhados em uma solução de ácido sulfúrico com densidade aproximada de 1,28g/mL dentro de uma malha de liga chumbo-antimônio. Esta liga é mais resistente à corrosão que o chumbo puro.

Quando o circuito externo é fechado, conectando eletricamente os terminais, a bateria entra em funcionamento (descarga), ocorrendo a semi-reação de oxidação no chumbo e a de redução no dióxido de chumbo.

No acumulador, o chumbo é o ânodo enquanto que o dióxido de chumbo é o cátodo. As reações que acontecem durante a descarga são representadas a seguir:

Ânodo:

Pb(s) + HSO4-(aq) + H2O(l) ⇒ PbSO4(s) + H3O+(aq) + 2e-

Cátodo:

PbO2(s) + 3H3O+(aq) + HSO4-(aq) + 2e- ⇒ PbSO4(s) + 5H2O(l)

Reação Total:

Pb(s) + PbO2(s) + 2H3O+(aq) + 2HSO4-(aq) ⇒ 2PbSO4(s) + 4H2O(l)

A reação do cátodo e do ânodo produzem sulfato de chumbo (PbSO4), insolúvel que adere aos eletrodos. Quando um acumulador está se descarregando, ocorre um consumo de ácido sulfúrico, assim diminui a densidade da solução eletrolítica (água e ácido sulfúrico). Deste modo medindo-se a densidade da solução eletrolítica pode-se saber qual a magnitude da carga ou descarga do acumulador (lembre-se que a densidade tem relação com a quantidade de ácido sulfúrico presente na mistura).

Os acumuladores tem a vantagem de poderem ser recarregados. Isso é possível graças aos íons móveis que, ao receberem energia elétrica, invertem a reação química de descarga (reação não espontânea), regenerando os reagentes.

Para o acumulador recarregar faz-se passar corrente contínua do eletrodo de dióxido de chumbo para o de chumbo o que resulta na inversão das reações. Neste processo o ácido sulfúrico é regenerado; por isso a porcentagem de ácido sulfúrico indica o grau de carga ou descarga do acumulador.

Durante o funcionamento normal de um automóvel, a bateria fornece eletricidade para dar partida; para acender os faróis; ligar o rádio, limpador, setas, buzina, etc. e recebe energia do gerador para se recarregar.

Fonte: internet

2011 04 07