Pilhas e baterias secundárias

As pilhas e baterias são dispositivos que transformam energia química (por meio de reações de oxidorredução) em energia elétrica. Elas podem ser classificadas em dois tipos: primárias e secundárias.

As pilhas e baterias primárias são aquelas que não podem ser recarregadas. Uma vez que a reação de transferência de elétrons cessa, a pilha para de funcionar, tendo em vista que suas reações não são reversíveis.

Já as pilhas e baterias secundárias são recarregáveis e podem ser usadas inúmeras vezes. Veja os dois principais exemplos de baterias secundárias:

• Bateria de automóveis (bateria de chumbo/óxido de chumbo):

Essa bateria é formada por placas de chumbo (Pb) ligadas ao conector negativo e colocadas intercaladas com placas de chumbo recobertas por dióxido de chumbo (PbO₂) que, por sua vez, estão ligadas ao conector positivo. Ambas estão mergulhadas em uma solução aquosa de ácido sulfúrico (H₂SO₄) com 40% em massa, que funciona como o eletrólito (solução condutora de íons).

O chumbo é o eletrodo negativo ou ânodo que se oxida, perdendo elétrons, e o dióxido de chumbo funciona como o eletrodo positivo, cátodo, que se reduz, ganhando elétrons:

Semirreação do Ânodo: Pb +HSO₄^1-+ H₂O ↔  PbSO₄ + H₃O¹⁺ + 2e^-
Semirreação do Cátodo: PbO₂ + HSO₄^1-+ 3H₃O¹⁺ + 2e^-↔ PbSO₄ + 5 H₂O
Reação global: Pb + PbO₂ + 2 HSO₄^1-+ 2 H₃O¹⁺↔ 2 PbSO₄ + 4 H₂O

À medida que o ácido sulfúrico vai sendo consumido, a bateria vai descarregando. Mas essas reações de descarga da bateria mostradas acima são reversíveis. Visto que as reações inversas não são espontâneas, é necessário fornecer uma corrente elétrica contínua por meio de um gerador, como um alternador ou um dínamo. Com isso, essas reações ocorrem no sentido contrário, regenerando o ácido sulfúrico e permitindo que a bateria seja utilizada novamente.

As baterias dos automóveis costumam ser recarregadas pelo dínamo do veículo. A energia é fornecida pelo movimento do motor por meio do alternador, que possui um dínamo, cuja função é transformar a energia mecânica em elétrica. Essa recarga precisa ser feita com frequência porque esse tipo de bateria descarrega-se com frequência.

A densidade da solução ácida nos mostra o grau de descarga da bateria, se a densidade estiver inferior a 1,20 g/cm³, ela está descarregada, mas se estiver igual a 1,28 g/cm³, ela está carregada.

Para mais detalhes sobre esse tipo de bateria, leia o texto Bateria de chumbo dos automóveis.

• Bateria de celular (bateria de íon lítio):

Essa bateria representa o que há de mais moderno no sistema de conversão de energia, sendo muito usada em equipamentos eletrônicos portáteis, principalmente em celulares.

De modo resumido, o cátodo ou polo positivo dessa bateria é o óxido de lítio e cobalto, e o ânodo ou polo negativo é composto de carbono (grafita). Seu funcionamento ocorre baseado no movimento dos íons de lítio do ânodo para o cátodo através do eletrólito que é um solvente não aquoso:

Semirreação do Ânodo: Li_yC_{6 (s)} → y Li + C₆ + y e-
Semirreação do Cátodo: Li_xCoO_{2 (s)} + y Li⁺_(s) + y e^- → Li_x+yCoO_2(s)
Reação Global:  Li_yC_6(s) + Li_xCoO₂ → C_6 (s) + Li_x+yCoO_2(s) 

Essas reações são reversíveis, assim, essas baterias podem ser recarregadas se colocadas em um aparelho que conduz corrente elétrica e provoca a reação inversa, em que os íons lítio migrarão do óxido para a grafita.

O texto Pilhas e Baterias de Lítio explica o funcionamento desses dispositivos em detalhes.

Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química