A bateria é um componente elétrico usado para fornecer energia elétrica contínua para um circuito qualquer, seja ele o sistema elétrico de um veículo, de um aparelho, de um dispositivo, de um equipamento, de uma ferramenta elétrica ou de uma máquina. Ela é um componente ou dispositivo conectado ao circuito elétrico de um veículo, de um aparelho, de um dispositivo, de um equipamento, de uma ferramenta elétrica ou de uma máquina que executa uma determinada função. De modo geral, quando usamos o termo bateria estamos nos referindo a um conjunto de células voltaicas capaz de fornecer energia elétrica contínua a um sistema elétrico ou circuito elétrico.
O termo bateria é usado de forma genérica para definir um conjunto de células eletroquímicas ou pilhas capazes de transformar uma reação química em energia elétrica contínua para fornecimento contínuo a um sistema elétrico ou circuito elétrico de um veículo, de um aparelho, de um dispositivo, de um equipamento, de uma ferramenta elétrica ou de uma máquina. Ela é um conjunto de células voltaicas ou pilhas usado para o fornecimento de energia elétrica a um sistema elétrico qualquer por meio de reações químicas que liberam energia elétrica.
De modo geral, a bateria pode ser recarregada inúmeras vezes enquanto sua vida útil não estiver esgotada, o que varia de acordo com o material usado em sua construção, montagem ou fabricação.
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS
A bateria é um componente ou dispositivo capaz de transformar uma reação química em corrente elétrica para suprir a necessidade de um circuito ou sistema. De modo geral, o termo acumulador é mais comumente usado para designar um conjunto de células voltaicas ou células eletroquímicas capazes de manter contínuo o fornecimento de energia a um circuito elétrico ou sistema elétrico por mais tempo que o tempo de fornecimento normal de uma simples pilha, embora também seja possível usar a expressão pilha recarregável para designar o dispositivo capaz de fornecer energia a sistemas elétricos ou circuitos elétricos menores, que demandam menos energia.
A bateria é uma soma de pilhas elétricas, ela é uma soma de células voltaicas, é um dispositivo químico capaz de produzir corrente elétrica. Ela transforma em corrente elétrica a energia desenvolvida numa reação química. O processo químico de troca de elétrons é conhecido como oxirredução. Durante o carregamento da bateria, a corrente elétrica flui no sentido contrário ao fluxo de descarga, regenerando a composição química original. Durante a descarga, ou seja, durante o uso de alguns tipos de baterias, a superfície do eletrodo se transforma em sulfato de chumbo e o eletrólito se torna mais diluído.
As baterias e as pilhas não devem ser confundidas com o capacitor ou condensador, que é um componente elétrico ou eletrônico usado para armazenar energia elétrica potencial e descarregá-la em curto espaço de tempo, segundos, enquanto as baterias e as pilhas fornecem energia a um circuito qualquer por horas ou dias.
De modo geral, a maioria das fabricantes de baterias estabelecidas no Brasil é confiável e produz baterias de qualidade.
A BATERIA E A PILHA
Apenas para efeito didático de comparação, grosso modo, a bateria é prima da pilha, mas a pilha nasceu antes, em 1799, pelas mãos do físico e químico italiano Alessandro Volta. Elas fazem parte da mesma família de componentes elétricos. Embora também exista pilha recarregável, há algumas diferenças básicas entre bateria e a pilha:
A bateria é formada por várias pilhas em série ou paralelas, agrupadas, formando um conjunto aparentemente único, o que resulta no fornecimento de corrente elétrica com voltagem mais alta que, comumente, a voltagem de uma pilha avulsa.As baterias podem ser compostas de diversos materiais, tamanhos e potências, enquanto as pilhas são, de modo geral, mais simples. De modo geral, embora nem sempre, as pilhas são mais compactas e leves, podendo caber dentro de relógios, inclusive.Nas baterias a composição química que possibilita o processo químico que dá origem à carga elétrica pode ser recomposta, regenerada ou mantida por meio do recarregamento por meio de energia elétrica fornecida por um gerador ou carregador conectado na tomada de energia alternada, por exemplo. Assim, após o recarregamento, o processo eletroquímico, que é o ponto de partida para geração de energia, pode ser reiniciado ou mantido quantas vezes forem necessárias, até o fim da vida útil da bateria.
A pilha elétrica, conhecida também como célula galvânica, pilha galvânica ou, ainda, pilha voltaica, é um dispositivo montado com dois eletrodos constituídos geralmente de metais diferentes, que fornecem a superfície na qual ocorrem as reações de oxidação e redução. Esses eletrodos são postos em dois compartimentos separados, imersos, por sua vez, em um meio contendo íons em concentrações conhecidas e separados por uma placa ou membrana porosa, podendo ser composta por argila não-vitrificada, porcelana ou outros materiais. As duas metades dessa célula eletroquímica são chamadas de compartimentos e têm por finalidade separar os dois reagentes participantes da reação de oxidorredução, caso contrário os elétrons seriam transferidos diretamente do agente redutor para o agente oxidante. Finalmente, os dois eletrodos são conectados por um circuito elétrico, localizado fora da célula, denominado circuito externo, garantindo o fluxo de elétrons entre os eletrodos.
AS PILHAS
Os padrões mais populares de pilhas modernas seguem, mais ou menos, o antigo modelo original conhecido como Pilha de Daniell, inventado pelo químico britânico John Daniell, em 1836, quando o avanço da telegrafia criou a necessidade urgente de uma fonte de corrente elétrica confiável e estável. Essa pilha consiste na imersão de um fio de zinco a uma solução aquosa de sulfato de zinco, assim como um fio de cobre em solução aquosa de sulfato de cobre, mantendo os dois metais interligados eletricamente por um fio.
Os fios de zinco e de cobre são denominados eletrodos e fornecem as superfícies nas quais ocorrem as reações de oxidação e de redução. Se os elétrodos de zinco e cobre forem ligados entre si, por meio de um circuito externo, haverá um escoamento de elétrons através desse circuito, o fluxo de elétrons vai da espécie que está sendo oxidada (ânodo) para a espécie que está se reduzindo (cátodo).
Ânodo = local onde ocorre oxidação, é o polo negativo da pilha, a partir do qual fluem os elétrons quando está conectada a um circuito elétrico em funcionamento;Cátodo = local onde ocorre redução, é o polo positivo da pilha, para onde vão os elétrons que fluem pelo circuito;Eletrodo = peça metálica condutora destinada a permitir o contato com um condutor diferente;
Para descobrir qual das espécies químicas que será o ânodo e qual será o cátodo, devemos recorrer à tabela de potencial padrão (Eº), que mede o poder de puxar elétrons de um único eletrodo, onde contém o valor do potencial de cada espécie química, em volts (V).
Através dos dados da tabela de potencial padrão, podemos determinar que o cobre possui um caráter redutor maior que o zinco, por esse motivo o cobre será reduzido, enquanto o zinco será oxidado.
HISTÓRIA DA BATERIA
No século XVII, o físico alemão Otto von Guericke inventou a primeira máquina de produzir eletricidade estática. Na década de 1730, o físico e astrônomo inglês Stephen Gray descobriu que a eletricidade poderia ser transmitida por meios condutores de eletricidade, principalmente os metais, e isolada por materiais isolantes, como o vidro.
Em 1745, o professor holandês Pieter van Musschenbroek descobriu que a água, se parcialmente isolada em uma garrafa, pode reter temporariamente eletricidade, num experimento que ficou conhecido mundialmente, nos meios científicos e acadêmicos, como o Experimento de Leiden.
Mais adiante, ainda no XVIII, o médico, investigador, físico e filósofo italiano Luigi Galvani começou a pesquisar sobre a eletricidade em corpos orgânicos, chamada na época de eletricidade animal. Após dez anos de pesquisas publicou sobre as forças de eletricidade nos movimentos musculares, onde concluía que os músculos armazenavam eletricidade (do mesmo modo que uma garrafa de Leiden) e os nervos conduziam essa eletricidade. Durante a dissecação de um anfíbio sobre uma mesa onde existia uma máquina eletrostática o assistente de Galvani tocou com o bisturi o nervo interno da coxa do animal, sendo observadas contrações musculares que ocorreram devido ao tecido do animal ter sido tocado por dois metais diferentes.
Nessa mesma época, o jornalista, diplomata e cientista americano Benjamin Franklin deu sua contribuição para o entendimento das forças físicas relacionadas à eletricidade, afirmando que todo o planeta possui corpos orgânicos e inorgânicos carregados de eletricidade, muitas vezes quase imperceptível, como a eletricidade estática, por exemplo, e que a chamada eletricidade positiva (+) tende a fluir para os objetos ou corpos que estão com a chamada eletricidade negativa (-). Traduzindo isso numa linguagem mais simples, pense na água (+) que corre sobre o leito de um rio, que está mais alto, para desaguar no oceano (-), que está mais baixo, de forma análoga ocorre (ou ocorreria) com a eletricidade. Parece confuso o uso desses sinais, e realmente é, mas devemos lembrar que na época esses cientistas ainda não sabiam da existência dos elétrons negativos. Se soubessem, diriam que a água (-) do rio flui para o oceano (+). Além disso, o cátodo da bateria é positivo e o ânodo é negativo, o que complica ainda mais as coisas, dificultando a compreensão dos leigos e “fervendo a cabeça” dos calouros da faculdade de Engenharia Elétrica... Essa “confusão acadêmica” lembra vagamente outra, o uso dos termos débito e crédito em Ciências Contábeis...
Já no final do século XVIII, na década de 1790, o físico e químico italiano Alessandro Volta, colocando em prática uma experiência de Luigi Galvani, descobriu algo curioso, verificou que se dois metais diferentes forem postos em contacto um com o outro, um deles ligeiramente positivo e o outro ligeiramente negativo, estabelece-se entre eles uma diferença de potencial, ou seja, uma tensão elétrica entre os dois metais. Usando essa experiência como base, concebeu uma pilha, dando o nome de pilha voltaica.
A pilha era composta por discos de zinco e de cobre empilhados e separados por pedaços de tecido embebidos em solução de ácido sulfúrico. Essa pilha produzia energia elétrica sempre que um fio condutor era ligado aos discos de zinco e de cobre, colocados na extremidade da pilha.
Décadas depois, em 1859, o físico francês Raymond Gaston Planté descobriu que ao aplicar energia elétrica na bateria ela carregava. A partir de então elas passaram a ser usadas para alimentar luzes ferroviárias, faróis marítimos e, acredite, em veículos elétricos antigos, movidos a eletricidade, inclusive automóveis. Até hoje, baterias de chumbo-ácido ainda são usadas em veículos, incluindo automóveis e barcos, mas elas têm alguns inconvenientes, são grandes e pesadas. Com o passar dos anos, essa tecnologia foi melhorada, em 1899, por exemplo, quando o engenheiro sueco Waldemar Jungner criou uma versão da bateria de chumbo-ácido com o polo negativo de cádmio e o polo positivo de níquel, criando assim a bateria de níquel-cádmio, usada em larga escala no planeta até algumas décadas atrás.
TIPOS DE BATERIAS
De modo geral, o nível de eficiência das baterias tem melhorado a cada nova década, embora em um ritmo menor que o desejado pelos consumidores. A indústria mundial tem feito um esforço contínuo pela melhora da performance das baterias em geral, mas o desenvolvimento de novas tecnologias é considerado lento pelos consumidores. Atualmente, entre as baterias mais eficientes, usadas por aparelhos eletrônicos, está a bateria de lítio-íon, usada em larga escala, com peso menor, durabilidade maior e melhor capacidade de armazenamento. Mesmo assim, ela ainda tem uma performance limitada, consegue manter energizado um smartphone ou notebook, por exemplo, por no máximo 24 horas, em uso moderado, às vezes nem isso.
NÍQUEL-CÁDMIO
Esse tipo de bateria foi inventado pelo engenheiro sueco Waldermar Jungner, em 1899, para substituir as grandes e pesadas baterias de chumbo-ácido. Como o próprio nome diz, as baterias de níquel-cádmio possuem polo negativo de cádmio e polo positivo de níquel. Porém, ela só ganhou popularidade a partir da década de 1940, durante a Segunda Guerra Mundial, para energizar várias invenções da época, como o walkie-talkie, por exemplo, usado por soldados para se comunicar no front de batalha. Depois da guerra, ela passou a ser usada em relógios, telefones e brinquedos, dentre outros.
Esse tipo de bateria é composto pelos elementos químicos níquel (Ni) e cádmio (Cd). Ela foi um dos mais populares tipos de baterias usados no século XX, bastante usada em câmeras digitais, câmeras de vídeo e telefones celulares até a década de 1990, substituída gradativamente, a partir de então, pelas baterias lítio-íon. Entre as desvantagens das baterias de níquel e cádmio estavam o chamado efeito memória, o que significa que era necessário aguardar o esgotamento da carga para carregá-la por completo novamente.
Outra desvantagem é a toxicidade, inclusive com o risco de contaminação de solos e rios. Por isso, a partir de 2008, ela foi proibida na Europa Ocidental.
CHUMBO-ÁCIDO
Também chamada de bateria automotiva ou acumulador de chumbo, ela foi o primeiro tipo de bateria recarregável a ser inventada, em 1859, pelo físico francês Gaston Planté, mas é claro que atualmente é fabricada em versões mais modernas, embora o conceito seja basicamente o mesmo. Ela é responsável por manter os circuitos elétricos de automóveis, caminhões e barcos energizados, mesmo quando os motores estão desligados. Ela é composta por chumbo e uma solução aquosa de ácido sulfúrico (H2SO4).
Ela é um conjunto de pilhas ligadas em série, fechadas em uma estrutura de plástico resistente, mas com seus dois polos expostos. Ela é também usada em tratores, aviões e, em suas versões estacionárias, para uso em centrais telefônicas, PABX’s, alarmes e nobreaks, por exemplo. De modo geral, as versões usadas em automóveis são compostas por um conjunto de 6 pilhas de 2 volts cada, totalizando 12 volts.
De modo geral, uma bateria automotiva é um tipo de bateria recarregável que fornece energia elétrica para o circuito elétrico de um automóvel. Ela integra ou “fecha” o circuito elétrico, mantendo-o energizado, mesmo quando o motor está desligado. De modo geral, quando falamos em bateria automotiva, estamos falando de uma bateria SLI, de partida ou start, iluminação ou illumination, e ignição ou ignition, para alimentar o motor de arranque, as luzes e o sistema de ignição do motor de um veículo. Nos automóveis mais modernos, o sistema de injeção eletrônica também consome energia elétrica.
Ela é formada por dois eletrodos, um de chumbo esponjoso e outro de dióxido de chumbo em pó, ambos mergulhados em uma solução de ácido sulfúrico. Quando o circuito é fechado (o termo “fechado” é usado aqui para indicar que o circuito está ativo) a bateria entra em funcionamento, com descarga, com a oxidação no chumbo e a redução no dióxido de chumbo. Nesse caso, o chumbo é o ânodo e o dióxido é o cátodo.
Atenção: O ácido sulfúrico possui ação altamente desidratante e corrosiva dos tecidos orgânicos de humanos e animais, podendo até provocar queimaduras graves da pele, formando manchas pretas.
LÍTIO-ÍON
Conhecida também como bateria de íon-lítio ou bateria de íons de lítio, ela é, atualmente, um dos mais modernos e eficientes acumuladores com fabricação em larga escala. A primeira bateria de lítio foi inventada pelo físico e químico americano Gilbert Newton Lewis, em 1912, mas somente a partir de 1970 as primeiras baterias de lítio ficaram disponíveis comercialmente.
As primeiras tentativas de desenvolver baterias recarregáveis de lítio falharam devido a problemas de segurança. Por causa da instabilidade inerente do lítio metálico, especialmente durante o carregamento, a pesquisa então mudou seu foco para uma bateria não metálica de lítio usando íons de lítio. Embora sua densidade de energia seja ligeiramente inferior à do lítio metálico, após comprovada a segurança das baterias de íons de lítio, desde que tomadas determinadas precauções na sua carga e descarga, em 1991, a Sony Corporation iniciou a fabricação seriada da primeira bateria comercialmente viável desse tipo.
As baterias de íons de lítio são sensíveis, o que significa que não devem ser expostas ao sol, entre outros cuidados. Além disso, elas jamais devem ter sua estrutura aberta pelos usuários, pois são inflamáveis. Ao notar aquecimento anormal durante o carregamento é necessário tirar o carregador da tomada imediatamente e desligar o aparelho no qual está a bateria. O uso do aparelho enquanto a bateria está em carregamento causa aquecimento da bateria. Se o problema persistir, mesmo quando o aparelho está desligado, é melhor buscar orientação de um técnico em eletrônica ou um eletricista, talvez seja necessário comprar uma bateria nova.
NÍQUEL-HIDRETO METÁLICO
Conhecidas também pelo sigla Ni-Mh, essas baterias substituíram em vários mercados as baterias de níquel-cádmio, substituindo o cádmio por uma liga de metais não tóxicos. Elas chegaram ao mercado mundial em 1989 para serem usadas em aparelhos eletrônicos em geral e até em satélites, mas, com o passar do tempo, percebeu-se que algumas limitações das baterias de níquel-cádmio também estavam presentes nas baterias de níquel-hidreto metálico, embora com menos gravidade, principalmente o efeito memória.
Ela ainda está no mercado, embora uma parte dos fabricantes de eletroeletrônicos de consumo tenha optado por migrar a tecnologia de seus produtos para os circuitos adaptados para a tecnologia das baterias de lítio-íons.
MERCADO
De acordo com estimativas, a indústria de produção de baterias movimenta mais US$ 50 bilhões de dólares por ano em todo o mundo, mas, atualmente, ela enfrenta pelo menos cinco desafios técnicos e econômicos, o tamanho, o peso, o aquecimento, a pouca potência e a pouca longevidade. De modo geral, elas possuem mais volume do que deveriam, têm mais peso do que deveriam, esquentam mais do que deveriam, possuem voltagem baixa e duram pouco. As baterias de lítio-íon, por exemplo, estão entre as mais modernas e eficientes que existem, apresentam a melhor combinação de características alcançadas pela indústria eletrônica, inclusive com a melhor performance já encontrada em baterias fabricadas em larga escala, mas não conseguem suprir um smartphone moderno ou notebook por mais de 24 horas, mesmo que em uso moderado.
A indústria de aparelhos eletrônicos busca solucionar essas limitações com investimentos em pesquisa e desenvolvimento de novos materiais e tecnologias de armazenamento de energia. Entre as promessas para o futuro, mas que ainda engatinha, está o emprego de grafeno para produção em larga escala de baterias de desempenho superior, com recarga mais rápida, maior capacidade de armazenamento, funcionamento mais fresco, maior voltagem, menor peso e menor volume.
Outra promessa é a tecnologia de lítio-ar, desenvolvida pela fabricante americana IBM – International Business Machine e prevista para entrar em produção seriada nos próximos anos. Ela é um tipo de bateria no qual o ânodo é constituído do metal lítio e o cátodo é o oxigênio do ar atmosférico. Esse novo tipo de bateria também está, inclusive, sendo desenvolvido por cientistas brasileiros apoiados pela Fapesp.
O Brasil é um dos maiores consumidores de baterias e pilhas do mundo, com mais de 800.000.000 de unidades vendidas aqui, entre nacionais e importadas. Infelizmente, apenas 1% desse total é reciclado. A reciclagem é importante porque evita que materiais poluentes contaminem solos agricultáveis e rios. Infelizmente, o custo de reciclagem de baterias e pilhas no Brasil ainda é alto, cerca de R$ 980,00 por tonelada. Apenas para comparar, o custo de reciclagem de papel é de aproximadamente R$ 480,00 por tonelada.
As maiores jazidas conhecidas de lítio do mundo estão na Austrália (41%), no Chile (38%), Argentina (10%) e China (9%). Há fontes que afirmam que a Bolívia também poderá se tornar uma das maiores fornecedoras de lítio do mundo.
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REFERÊNCIAS E SUGESTÃO DE LEITURA
Integrando Conhecimento / YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=qkVpHwjQNk4Nova Enciclopédia Ilustrada Folha – Larousse / Cambridge / Oxford / WebsterLivros Didáticos Integrados do Sistema de Ensino Positivo - Ensino MédioWikipédia: https://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1todoMundo da Elétrica / YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=VyB5QuKbTlARevista Galileu / Globo.com: https://revistagalileu.globo.com/Tecnologia/noticia/2019/02/brasileiros-desenvolvem-bateria-mais-eficiente-e-sustentavel.htmlWikipédia: https://pt.wikipedia.org/wiki/Bateria_(eletricidade)Guia do Estudante / Abril: https://guiadoestudante.abril.com.br/blog/duvidas-portugues/a-grosso-modo-ou-grosso-modo/Dicionário Michaelis – Consulte também a versão de Informática do MichaelisWikipédia: https://pt.wikipedia.org/wiki/Bateria_de_i%C3%A3o_l%C3%ADtioManual do Mundo / YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=T355v2v0SK8Site Watts On: https://www.wattson.pt/2019/01/08/7908/Wikipédia: https://pt.wikipedia.org/wiki/Alessandro_VoltaHistória da Eletricidade / BBC / YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=rAqUvE97iCUAmbiente Brasil: https://ambientes.ambientebrasil.com.br/residuos/artigos/algumas_informacoes_sobre_disposicao_de_pilhas_e_baterias.htmlWikipédia: https://pt.wikipedia.org/wiki/Gaston_Plant%C3%A9STA Eletrônica: http://www.sta-eletronica.com.br/artigos/baterias-recarregaveis/baterias-de-litio/vantagens-e-limitacoes-das-baterias-de-litio-ionMatéria de Capa / TV Cultura: https://www.youtube.com/watch?v=pwezdsqSJG0Wikipédia: https://pt.wikipedia.org/wiki/Bateria_chumbo-%C3%A1cidoRevista Superinteressante / Editora Abril: https://super.abril.com.br/mundo-estranho/como-e-feita-a-reciclagem-de-pilhas-e-baterias-2/Jornal da Band / UOL: https://noticias.band.uol.com.br/jornaldaband/videos/16709005/nobel-de-quimica-vai-para-criadores-de-bateria-de-litioMagneti Marelli (divulgação): ImagemAcumuladores Moura (divulgação): ImagemPanasonic Brasil (divulgação): ImagemProcter & Gamble (divulgação): ImagemWikimedia: Imagens (Foto: ) (Foto: ) (Foto: ) (Foto: ) (Foto: ) (Foto: ) (Foto: ) (Foto: ) (Foto: ) (Foto: ) (Foto: )