Pilhas e baterias secundárias. Pilhas e baterias recarregáveis
As pilhas e baterias secundárias são aquelas que podem ser recarregadas, tais como a bateria dos automóveis (de chumbo/ácido) e a dos celulares (de íon lítio).
As baterias de carros e celulares são exemplos de baterias secundárias ou recarregáveis
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 Cátodo: PbO2 + HSO41-+ 3H3O1+ + 2e-↔ PbSO4 + 5 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: LiyC6 (s) → y Li + C6 + y e-
Semirreação do Cátodo: LixCoO2 (s) + y Li+(s) + y e- → Lix+yCoO2(s)
Reação Global: LiyC6(s) + LixCoO2 → C6 (s) + Lix+yCoO2(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.
FOGAçA, Jennifer Rocha Vargas. "Pilhas e baterias secundárias"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/pilhas-baterias-secundarias.htm. Acesso em 17 de maio de 2022.