Bateria alcalina: componentes, funções e usos - Ciência - 2023

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o bateria alcalina É uma bateria em que o pH de sua composição eletrolítica é básico. Esta é a principal diferença entre esta bateria e muitas outras onde seus eletrólitos são ácidos; assim como as baterias de zinco-carbono que usam sais NH₄Cl, ou mesmo ácido sulfúrico concentrado em baterias de automóveis.

É também uma célula seca, já que os eletrólitos básicos têm a forma de uma pasta com baixo percentual de umidade; mas o suficiente para permitir uma migração dos íons que participam das reações químicas em direção aos eletrodos e, assim, completar o circuito eletrônico.

A foto acima é uma bateria Duracell 9V, um dos exemplos mais conhecidos de baterias alcalinas. Quanto maior for a bateria, maior será sua vida útil e capacidade de trabalho (especialmente se forem usadas para aparelhos que consomem muita energia). Para eletrodomésticos 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 de bateria alcalina

Na bateria de zinco-carbono, existem dois eletrodos: um de zinco e outro de carbono grafítico. Em sua "versão básica" um dos eletrodos, em vez de grafite, consiste em óxido de manganês (IV), MnO₂ misturado com grafite.

A superfície de ambos os eletrodos é consumida e coberta pelos sólidos resultantes das reações.

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

No centro de todos os discos está uma haste de MnO₂, na extremidade superior da qual uma arruela isolante se projeta e marca o terminal positivo (cátodo) da bateria.

Observe que os discos são recobertos por uma camada porosa e outra metálica; o último também pode ser um filme plástico fino.

A base da célula é o terminal negativo, onde o zinco se oxida e libera os elétrons; mas estes precisam de um circuito externo para alcançar o topo da bateria, seu terminal positivo.

A superfície do zinco não é lisa, como é o caso das células de Leclanché, mas rugosa; ou seja, eles têm muitos poros e uma grande área de superfície que aumentam a atividade da bateria.

Eletrólitos básicos

A forma e a estrutura das baterias mudam de acordo com o tipo e o design. Entretanto, 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 pastosa.

Na verdade, eles são os íons OH^– aqueles que participam das reações responsáveis pela energia elétrica fornecida por esses objetos.

Funcionamento

Quando a bateria alcalina é conectada ao aparelho e ligada, o zinco reage imediatamente com o OH^– de macarrão:

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 voltam para a bateria pelo terminal positivo (+), o cátodo; ou seja, eles viajam pelo eletrodo MnO₂-grafite. Como a massa possui certa umidade, ocorre a seguinte reação:

2MnO₂(s) + 2H₂O (l) + 2e^– => 2MnO (OH) (s) + 2OH^–(ac)

Agora o MnO₂ Elétrons de Zn são reduzidos ou ganhos. É por isso que esse terminal corresponde ao cátodo, que é onde ocorre a redução.

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

Da mesma forma, produtos gasosos não são formados, como ocorre com a célula de zinco-carbono onde o NH é gerado.₃ e H₂.

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

Pilhas recarregáveis

A bateria alcalina descrita não é recarregável, portanto, uma vez que esteja “morta”, não há como usá-la novamente. Este não é o caso dos recarregáveis, que se caracterizam por reações reversíveis.

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

Um exemplo de bateria alcalina recarregável é NiMH. Ele consiste em um ânodo NiOOH, que perde elétrons para o cátodo de hidreto de níquel. Quando a bateria é usada, ela se descarrega, e é daí que vem a conhecida frase "carregue a bateria".

Assim, pode ser recarregado centenas de vezes, conforme necessário; entretanto, o tempo não pode ser completamente revertido e as condições originais alcançadas (o que não seria natural).

Além disso, não pode ser recarregado de forma arbitrária: as diretrizes recomendadas pelo fabricante devem ser seguidas.

É por isso que, mais cedo ou mais tarde, essas baterias também morrem e perdem sua eficácia. Porém, tem a vantagem de não ser descartável rapidamente, contribuindo menos para a contaminação.

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

Formulários

Algumas variantes de pilhas alcalinas são tão pequenas que podem ser usadas em relógios, controles remotos, relógios, rádios, brinquedos, computadores, consoles, lanternas, etc. Outros são maiores do que uma estatueta de um clone de Star Wars.

Na verdade, no mercado são estas as que predominam sobre os outros tipos de pilhas (pelo menos para uso doméstico). Elas duram mais e geram mais eletricidade do que as baterias Leclanché convencionais.

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 baterias alcalinas funcionam muito bem em uma ampla gama de temperaturas; Podem até funcionar abaixo de 0 ° C, por isso são uma boa fonte de energia elétrica para os aparelhos que estão rodeados de gelo.

Referências

Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (Quarta edição). Mc Graw Hill.
Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8ª ed.). CENGAGE Learning.
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