Baterias e Células de Combustível

As baterias são células voltaicas utilizadas como fontes elétricas portáteis. Estão categorizadas em baterias primárias ou não recarregáveis e baterias secundárias ou recarregáveis. A pilha primária comum é a célula seca.

Contém uma caixa de zinco como anodo e um cátodo de grafite imerso uma pasta eletrolítica húmida e ácida de óxido de manganês e cloreto de amoníaco. O zinco oxida-se em cloreto de zinco, e o óxido de manganês reduz-se a óxido de manganês sólido gerando um potencial de 1, 5 volts. Quando operados, os elétrodos ficam gastos, tornando as células secas em baterias de utilização única.

As baterias alcalinas são semelhantes mas utilizam um eletrólito alcalino prolongando a sua vida útil. As baterias de chumbo-ácido são baterias secundárias predominantemente utilizadas em automóveis. Estas têm tipicamente seis células eletroquímicas ligadas em série, gerando um potencial total de 12 volts.

Cada célula tem um anodo de chumbo e um cátodo de óxido de chumbo imerso em ácido sulfúrico. Durante a descarga, as reações redox depositam sulfato de chumbo sólido em ambos os elétrodos, que são convertidos novamente durante o recarregamento utilizando uma fonte de energia externa. As baterias recarregáveis de níquel-cádmio contêm um cátodo de oxidróxido de níquel, um anodo de cádmio, e um eletrólito de hidróxido de potássio.

Quando operado, o anodo oxida em hidróxido de cádmio sólido, e o o cátodo reduz-se a hidróxido de níquel sólido, gerando um potencial celular de 1, 3 volts. No entanto, a toxicidade do cádmio leva à substituição de bateria de níquel-hidreto metálico amigas do ambiente. Aqui, o catódico permanece o mesmo, mas o anodo é uma liga absorvente de hidrogénio.

A reação anódica envolve a formação de água a partir de hidrogénio. As baterias de íons de lítio são as as mais recentes baterias secundárias. O lítio metálico leve torna estas baterias portáteis com alta densidade energética.

Uma bateria de íons de lítio contém um anodo lítico de grafite e um cátodo de óxido de lítio e metal de transição. Quando carregado, o metal de transição fica oxidado, enquanto os íons de lítio são incorporados entre as camadas de grafite anódica. Após a descarga, os íons de lítio fluem desde o anodo até ao cátodo gerando um potencial de 3, 7 volts.

Finalmente, as células combustíveis são células voltaicas que requerem um abastecimento externo contínuo de reagentes redox para a produção de energia. Uma típica célula de hidrogénio combustível utiliza hidrogénio e oxigénio do ar para gerar uma corrente durante a emissão de água. Os elétrodos de grafite contêm catalisadores à base de platina para acelerar a reação redox.