Tipos de baterias, características e reações

No mercado, você pode ficar diferente Tipos de baterias com suas características ter. As baterias, que nada mais são do que células voltaicas, fornecem ao consumidor a vantagem de tomar com qualquer lugar (desde que as condições não sejam drásticas).

Geralmente, as baterias podem ser compradas isoladas; Mas eles também estão ligados um ao outro em série ou paralelos, cujo conjunto é o que eles chamam de baterias. E, às vezes, os termos 'baterias e' baterias 'são geralmente usados ​​indiscriminadamente, mesmo que não sejam iguais.

Baterias alcalinas: um dos tipos de baterias mais conhecidos

As baterias podem ter inúmeras cores, formas e tamanhos, como pode ser feito de outros materiais. Além disso, e mais importante, sua estrutura interna, onde as reações químicas que geram eletricidade são desenvolvidas, serve para diferenciá -las um do outro.

Por exemplo, três baterias alcalinas, uma das mais comuns são mostradas na imagem superior. O termo alcalino refere -se ao fato de que o meio onde a liberação e o fluxo de elétrons ocorre são básicos; isto é, tem um pH maior que 7 e os ânions oh predominam^- e outras cargas negativas.

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Classificação Pilas

Antes de abordar alguns dos diferentes tipos de baterias, é necessário saber que estes são classificados globalmente como primário ou secundário.

- Baterias primárias

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

Eles são usados ​​principalmente em aplicações onde é impraticável recarregar a energia elétrica; como em dispositivos militares, no meio do campo de batalha. Eles também são projetados para equipamentos que consomem pouca energia, para que duram mais tempo; Por exemplo, controles remotos ou consoles portáteis (Gameboy, Tetris e Tamagotchi).

Baterias 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.

- Baterias secundárias

Ao contrário das baterias primárias, as secundárias podem ser recarregadas depois de ficarem sem energia.

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

Algumas baterias secundárias (chamadas baterias) são geralmente pequenas, assim como primárias; No entanto, eles são alocados a dispositivos que consomem mais energia e para os quais o uso de baterias primárias seria economicamente 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, compostas por várias baterias ou células voltaicas.

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

- Outros aspectos

As baterias são classificadas em primário ou secundário; Mas comercialmente ou popularmente, eles geralmente são classificados de acordo com o formulário (botões cilíndricos, retangulares), para o dispositivo destinado (câmeras, veículos, calculadoras), para seus nomes (AA, AAA, C, D, N, A23, etc. .), E para seus códigos IEC e ANSI.

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Além disso, características como sua tensão (1,2 a 12 volts), bem como sua vida e preços úteis, são responsáveis ​​por conferir uma certa classificação aos olhos do consumidor.

Lista de tipos de pilha

- Baterias de carbono-zinco

Ilustração da bateria de carbono de zinco

As baterias de carbono-zinco (também conhecidas como células Leclanché ou Salinas Pilas) são uma das mais primitivas e atualmente são consideradas quase desuso na frente de outras baterias; Especialmente, em frente às baterias alcalinas, que, embora sejam um pouco mais caras, elas têm um tempo de vida e grandes tensões.

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

No primeiro eletrodo, o ânodo origina os elétrons por oxidação do zinco metálico. Esses elétrons viajam um circuito externo que alimenta o dispositivo com eletricidade e depois terminam no cátodo de grafite, onde o ciclo é concluído quando o dióxido de manganês é reduzido em que é submerso.

Reações

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

Zn (s) → Zn²⁺(AC) + 2E^-    (Ânodo)

2 mnO₂(s) + 2e^- + 2 NH₄Cl (AC) → MN₂QUALQUER₃(S) + 2 NH₃(AC) + H₂Ou (l) + 2 cl^- (CA) (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 no exterior forem lidas em detalhes ou se o seu código IEC for precedido pela letra r. Sua tensão é de 1,5 V.

- Baterias alcalinas

As baterias alcalinas são muito semelhantes às do tipo de carbono-zinco, com a diferença de que o meio onde os eletrodos contêm ânions OH^-. Este meio consiste em eletrólitos fortes de hidróxido de potássio, koh, que contribui com o OH^- que participam e "colaboram" na migração de elétrons.

Ele vem em tamanhos e tensões diferentes, embora o mais comum seja 1,5V. Eles 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) + h₂Ou (l) + 2e^-  (Ânodo)

2mn₂(s) + h₂Ou (l) + 2e^- → Mn₂QUALQUER₃(S) + 2OH^-(aq) (cátodo)

À medida que a temperatura aumenta, as reações ocorrem mais e mais rápido, as baterias são descarregadas. Curiosamente, foram realizados rumores populares para colocá -los no freezer para aumentar seu tempo de vida; Mas, ao resfriar, seu conteúdo pode sofrer possíveis solidificações que trazem mais defeitos ou riscos com eles.

Mercúrio

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

As baterias de mercúrio são muito características devido à sua vergonha peculiar dos botões de prata (imagem superior). Quase todo mundo os reconheceria 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 reduzir, torna -se mercúrio metálico:

Zn (s) + 2oh^-(AC) → ZnO (S) + H₂Ou (l) + 2e^-

HGO (S) + H₂O + 2E^- → Hg (S) + 2OH^-

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Observe como nessas reações celulares os ânions OH são consumidos e regenerados^-.

Sendo pequenas baterias, destina -se a pequenos artefatos, como relógios, calculadoras, controles de brinquedos, etc. Quem usou qualquer um desses objetos terá notado que não é necessário alterar as baterias por quase uma "eternidade"; que teria 10 anos, aproximadamente.

Óxido de prata

Baterias de óxido de prata. Fonte: Lukas A, Cze [Domínio Público].

O principal defeito das baterias de mercúrio é que, quando são descartadas, representam um problema sério para o meio ambiente, devido às características tóxicas do referido metal. Talvez isso não tenha os 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 de óxido de prata, muito mais caro, mas de menos impacto ecológico (imagem superior). Em seu início, eles continham mercúrio para proteger o zinco da corrosão alcalina.

Está disponível com uma tensão de 1,5V, e suas aplicações são muito semelhantes às do Mercury Pila. De fato, à primeira vista, ambas as baterias parecem idênticas; Embora possa haver baterias de óxido de prata muito maiores.

As reações em seus eletrodos são:

Zn (s) + 2oh^-(AC) → Zn (OH)₂(s) + 2 e^-

AG₂Ou (s) + 2h⁺(AC) + 2E^- → 2ag (s) + h₂Ou (l)

A água sofre posteriormente a eletrólise, decompando em íons h⁺ e oh^-.

Observe que, em vez de mercúrio, é formado no cátodo de prata de metal.

- Pilas de níquel-cádmio (Nicad)

Bateria NICD. Fonte: Lordider [CC0].

A partir deste ponto, baterias ou baterias secundárias são consideradas. Como Mercúrio, as baterias de níquel-cádmio são prejudiciais ao meio ambiente (para fauna e saúde) por metal de cádmio.

Eles são caracterizados pela geração de altas correntes elétricas e um grande número de vezes pode ser recarregado. De fato, 2000 vezes podem ser recarregadas, o que é igual à durabilidade extraordinária.

Seus eletrodos consistem em hidróxido de óxido de níquel, criança (OH), para o cátodo e cádmio metálico para o ânodo. A fundação química, em essência, permanece a mesma: o cádmio (em vez de zinco) perde elétrons, e o cádmio nio (OH) os ganha.

As reações semiceladas são:

CD (S) + 2OH^-(AC) → CD (OH)₂(s) + 2e^-

2nio (OH) (s) + 2h₂Ou (l) + 2e^- → 2ni (OH)₂(s) + oh^-(AC)

Oh ânions^-, Novamente, eles vêm do eletrólito Koh. Baterias Nicad, então, acabam gerando hidróxidos de níquel e metal de cádmio.

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

- Pilas metálicos de níquel-hidro (Ni-HM)

Baterias Ni-HM. Fonte: Ramsh Ng de Flickr (https: // www.Flickr.com/fotos/rameshng/5645036051)

Outra bateria ou bateria bem conhecida, e que excede as capacidades de energia de Nicad, é Ni-HM (níquel e hidreto metálico). Pode vir em formato cilíndrico (baterias convencionais, imagem superior) ou acoplada em uma bateria.

Apresenta quimicamente quase as mesmas características das baterias Nicad, com a principal diferença baseada em seu eletrodo negativo: o cátodo não é cádmio, mas de uma liga intermetálica de terras raras e metais de transição.

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

Embora as baterias Ni-HM forneçam mais energia (aproximadamente 40% a mais), são mais caras, elas se vestem mais rapidamente e não podem ser recarregadas no mesmo número de vezes que as baterias Nicad; isto é, eles têm um tempo de vida útil mais baixo. No entanto, eles não têm o efeito da memória (perda do desempenho da bateria por não receber alta).

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

Reações

As reações que ocorrem em seus eletrodos são:

Ni (oh)₂(s)+ oh^-(AC) ⇌ nio (OH) (s) + h₂Ou (l) + e^-

H₂Ou (l) + m (s) + e^- ⇌ Oh^-(AC)+ MH (s)

- Baterias de ion-Litio

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

Nas baterias e baterias de lítio, elas são baseadas na migração dos íons Li⁺, que são transferidos do ânodo para o cátodo, produto de repulsões eletrostáticas pela crescente carga positiva.

Alguns podem recarregar, como baterias de laptop (imagem superior) e outros, cilíndricos e retangulares (lisos₂, Lisocl₂ ou limusine₂) Não.

As baterias ion-Litio são caracterizadas por serem muito leves e energia, o que lhes permite ser usadas em muitos dispositivos eletrônicos, como smartphones e equipamentos médicos. Eles também sofrem mal com o efeito da memória, sua densidade de carga excede a das baterias e baterias NICAD e NI-HM e atrasa mais no download.

No entanto, eles são muito sensíveis a altas temperaturas, mesmo explodindo; Além disso, eles geralmente são mais caros na frente de outras baterias.  Mesmo assim, no mercado, as baterias de lítio são vistas com bons olhos, e muitos consumidores as qualificam como o melhor.

- Baterias ácidas com chumbo

Bateria típica de carro carf. Fonte: Tntflash [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)]

E, finalmente, as bactérias ácidas chumbo, como o nome indica, não contêm íons OH^- mas h⁺; Especificamente, uma solução concentrada de ácido sulfúrico. As células voltaicas estão dentro de suas caixas (imagem superior), onde três ou seis delas podem ser acopladas em série, dando 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: PBO₂ Para cátodo e chumbo metal esponjoso para ânodo. As reações que ocorrem neles são:

PB (S) +HSO^-₄(aq) → PBSO₄(s) +h⁺(aq) + 2e^-

PBO₂(s) +hso^-₄(aq) + 3h⁺(aq) + 2e^- → PBSO₄(s) + 2h₂Ou (l)

Referências

1. Whitten, Davis, Peck e Stanley. (2008). Química. (8ª ed.). Cengage Learning.
2. Odunlade Emmanuel. (24 de julho de 2018). Diferentes tipos de baterias e aplicações. Circuit Digest. Recuperado de: CircuitDestest.com
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6. Shapley Patricia. (2012). Tipos de bateria comuns. Universidade de Illinois. Recuperado de: butano.Chem.Uiuc.Edu
7. Atitude ecológica. (22 de janeiro de 2017). Tipos de baterias: Guia completo com baterias e baterias que existem. Recuperado de: eccológico.com