_Hinrichs_Kleinback

Cap. 9 Eletricidade: Circuitos e Supercondutores 255
D. Baterias e Veículos Elétricos
Uma bateria é como uma "bomba" exercendo uma força sobre os elétrons em um fio.
Trata-se de um conversor de energia, pois transforma a energia química em energia
elétrica, fornecendo uma diferença de potencial entre os terminais da bateria. Em geral,
uma bateria tem dois eletrodos (ou terminais) de diferentes materiais submersos em uma
solução química chamada de eletrólito. Isto é chamado de célula; uma bateria é uma combinação
de células. Pequenas quantidades dos compostos que integram os eletrodos passam
para a solução no eletrólito como íons livres (átomos eletricamente carregados). Estes
criam os terminais positivo e negativo. Quando dois terminais são unidos por um circuito
externo, os elétrons podem fluir de um eletrodo para o outro. O eletrólito pode ser líquido
(tal como ácido sulfúrico diluído em uma bateria de carro) ou uma pasta úmida (como em
uma pilha comum). A diferença de potencial da bateria é mantida pela ação química contínua
em cada eletrodo.
A primeira bateria foi inventada pelo cientista italiano Alessandra Volta (1745 - 1827).
Sua bateria consistia de uma pequena placa de zinco e outra de cobre, separadas por um
pedaço de papelão que havia sido umedecido em uma solução salina. A medida que o
átomo de zinco passa para o eletrólito como um íon, Zn —» Zn 2+
+ 2e-, dois elétrons são
deixados para trás. Estes elétrons fluem como corrente através de um fio externo até o
outro eletrodo, ligando-se a um íon cobre que está em solução, depositando o cobre
metálico sobre o eletrodo negativo: Cu 2 +
+ 2e- —> Cu.
Uma bateria comum nos dias de hoje é a bateria de chumbo-ácido, usada em automóveis.
O Quadro 9.2. sobre baterias comuns descreve a sua operação, bem como a das
pilhas comuns. Uma vantagem das baterias de armazenagem é que elas são recarregáveis,
ao contrário das pilhas. Isto é feito passando-se uma corrente externa pela bateria, na direção
oposta à do fluxo de corrente durante a operação normal. As baterias de chumboácido
são populares porque podem ser recarregadas milhares de vezes. Elas também são
de custo relativamente baixo e fornecem altas correntes por períodos curtos de tempo.
Quadro 9.2
BATERIAS COMUNS
A bateria de chumbo—ácido geralmente consiste de seis células conectadas em
série. Cada célula tem um eletrodo positivo feito de dióxido de chumbo e um
eletrodo negativo feito de chumbo esponjoso puro, ambos imersos em um eletrólito
composto de ácido sulfúrico, H 2 S0 4 , e água. Quando os dois terminais são
conectados através de um circuito externo, dois elétrons no eletrodo negativo
deixam um átomo de chumbo, que passa para a solução como Pb 2+ . Estes íons
positivamente carregados combinam-se aos íons sulfato do eletrólito para formar
sulfato de chumbo (PbSO 4 ). No terminal positivo, o dióxido de chumbo, PbO 2 , é
convertido em sulfato de chumbo e água, usando os dois elétrons que "fluíram"
através do circuito externo. Como o sulfato de chumbo se deposita em ambos os
terminais durante a descarga da célula, a concentração de ácido sulfúrico da bateria
diminui. Já que a densidade do ácido sulfúrico é bem maior que a da água, uma
queda pronunciada na densidade do eletrólito indica que a célula está descarregada.
Quando o depósito de PbSO 4 em cada eletrodo é tão grande que o Pb e o PbO 2 ficam
indisponíveis para o eletrólito, dizemos que a bateria está "morta". A diferença de
potencial gerada através dos dois terminais da célula é de 2 V, de forma que uma
bateria de carro com seis células conectadas em série fornece 6 x 2 V = 12 V.