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Célula de níquel-cádmio
| Topo pág | Fim pág |É formada por um anodo de cádmio, catodo de hidróxido de níquel (Ni(OH)2) e eletrólito de hidróxido de potássio (KOH). Bastante usada em aparelhos eletrônicos portáteis (telefones, computadores, etc). Também em alguns veículos elétricos e artefatos espaciais.
Para obter o máximo de capacidade no menor espaço possível, anodo e catodo são filmes flexíveis enrolados conforme esboço da Figura 01. Naturalmente, também há filme de material absorvente e não condutor que fixa o eletrólito entre ambos.
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| Figura 01 |
Há também processos especiais para fabricação do anodo de cádmio, como a deposição do pó, de forma similar ao catodo.
É recarregável, similar à célula chumbo-ácida, vista em tópico anterior.
Comparada com esta última, tem vantagens como vida útil maior (suporta mais ciclos de carga-descarga) e maior tempo de conservação sem uso (vários meses, sem perda significativa da carga). Mas o custo é significativamente superior.
| Reação global (descarga) | 2NiOOH + 2H2O + Cd → 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 (1,30 V) |
| Reação do anodo (negativo, descarga) | Cd + 2OH- → Cd(OH)2 + 2e- |
| Reação do catodo (positivo, descarga) | NiOOH + H2O + e- → Ni(OH)2 + OH- |
No processo de carga, as reações se invertem.
Há também um interessante fenômeno que pode ocorrer: se a célula é submetida a ciclos repetidos de carga e descarga de capacidade inferior à capacidade total da célula, por exemplo 70%, ela memoriza o valor e não aceita uma carga maior que 70% por mais tempo que se deixe na operação de carga. Isso é devido, aparentemente, à formação de uma superfície passiva nos eletrodos, que bloqueia a reação.
Mas o efeito memória parece ser menos comum do que se imagina. Foi observado em algumas aplicações espaciais. No uso do dia-a-dia, é mais provável a ocorrência de uma perda de tensão devido a sobrecargas, que podem alterar as estruturas cristalinas dos metais dos eletrodos.
Célula de níquel metal hidreto (NiMH)
| Topo pág | Fim pág |As baterias de níquel metal hidreto (NIMH) podem ser consideradas uma evolução das de níquel cádmio (NiCd). Apresentam maiores taxas de energia armazenada por unidade de massa ou de volume e são menos prejudiciais ao ambiente. A construção é similar à das células de NiCd.
Anodo e catodo são filmes flexíveis enrolados e separados por filmes de material fibroso que retém o eletrólito. O conjunto é encapsulado e interligado com os bornes externos para formar o dispositivo prático. Há ainda um pequeno suspiro para liberar gases eventualmente formados.
Também de forma similar às células de NiCd, o catodo é hidróxido de níquel (Ni(OH)2) e eletrólito, hidróxido de potássio (KOH).
A diferença está no anodo que, no lugar do cádmio, usa um hidreto metálico. Na realidade, é uma liga metálica que tem grande capacidade de absorção de hidrogênio (cerca de 1000 vezes o seu volume).
Essas ligas são em geral compostas por dois metais: um do tipo A, que absorve hidrogênio de forma exotérmica e outro do tipo B, que absorve de forma endotérmica. Assim, a combinação de ambos forma uma liga que pode operar satisfatoriamente em condições usuais. Algumas composições podem ser: Mg2Ni, TiFe, LaNi5, ZnMn2, etc.
| Reação global (descarga) | NiOOH + MHab → Ni(OH)2 + M (1,2 V) |
| Reação do anodo (negativo, descarga) | MHab + OH− → M + H2O + e− |
| Reação do catodo (positivo, descarga) | NiOOH + H2O + e− → Ni(OH)2 + OH− |
Onde M é a liga absorvente e Hab, o hidrogênio absorvido. Na carga as reações se invertem. Pode-se observar que, na carga, a liga M absorve hidrogênio e o libera na descarga.
Célula de níquel-hidrogênio
| Topo pág | Fim pág |O anodo é hidrogênio gasoso, fisicamente mantido em um eletrodo de carbono poroso, de forma similar a uma célula de combustível. Na descarga, o hidrogênio é oxidado, resultando em água. É regenerado por eletrólise na carga.
O catodo é hidróxido de níquel e o eletrólito é hidróxido de potássio. Separadores dos elementos são construídos com cerâmica à base de zircônio.
A tensão da célula é cerca de 1,2 volts.
Devido ao uso do hidrogênio gasoso, a célula é contida em um recipiente hermético, cuja pressão pode chegar a 70 bar na condição de plena carga.
Usada em artefatos espaciais (satélites) em razão do baixo peso do hidrogênio, que resulta em uma relação energia por massa cerca de 50% maior que a da célula de Ni-Cd. O elevado custo é um fator que limita o uso em outras áreas.
Célula de mercúrio
| Topo pág | Fim pág |Usada em pequenas baterias para pequenos aparelhos como relógios, calculadoras e outros. A construção básica dessas baterias, normalmente em forma de discos ou pastilhas, é dada de forma aproximada pelo corte da Figura 01.
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| Figura 01 |
O anodo é zinco ou cádmio, o catodo é óxido de mercúrio e o eletrólito, hidróxido de potássio.
Provavelmente, essas baterias não são mais fabricadas devido ao perigo de contaminação com mercúrio.
| Reação global para anodo de zinco | Zn(s) + HgO(s) + H2O (l) → Zn(OH)2(s) + Hg(l) (1,35 V) |
| Reação global para anodo de cádmio | Cd(s) + HgO(s) + H2O(l) → Cd(OH)2(s) + Hg(l) (0,91 V) |
Célula de óxido de prata
| Topo pág | Fim pág |Desenvolvida para substituir a célula de mercúrio usada em pequenos aparelhos. Tem, portanto, formato similar ao exibido no tópico anterior.
O anodo é zinco, o catodo é óxido de prata com traços de dióxido de manganês e o eletrólito, hidróxido de sódio (NaOH) ou de potássio (KOH).
Reação global:
Zn + Ag2O → ZnO + 2Ag (1,56 V)A tensão é superior à da célula de mercúrio, mas pode substituí-la mesmo em aparelhos mais antigos, pois a maioria dos circuitos suporta essa variação.
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