Anotações & Informações | Fim pág | Voltar |

Pilhas & Baterias III

| Índice do grupo | Página anterior | Próxima página |

Tópicos: Célula de Níquel-Cádmio | Célula de Níquel Metal Hidreto (NiMH) | Célula de Níquel-Hidrogênio | Célula de Mercúrio | Célula de Óxido de Prata |

1) Célula de Níquel-Cádmio

(Topo | 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 1-I. Há também filme de material absorvente e não condutor que fixa o eletrólito entre ambos.

O material do catodo não é metal e, portanto, não pode formar um filme flexível. Há processos especiais para fabricação, como a deposição de níquel em pó sobre um filme de aço e aquecimento para fixação, formando uma superfície porosa. E o hidróxido de níquel é depositado nos poros por processo eletroquímico. Processos especiais também são usados 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 página 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 superior.

Célula de Níquel-Cádmio
Fig 1-I

Reação global (descarga):

$$\ce{2NiOOH + 2H2O + Cd -> 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2}\text{ (1,30 V)} \tag{1A}$$

Reação do anodo (negativo, descarga):

$$\ce{Cd + 2OH- -> Cd(OH)2 + 2e-} \tag{1B}$$
Reação do catodo (positivo, descarga):

$$\ce{NiOOH + H2O + e- → Ni(OH)2 + OH-} \tag{1C}$$

No processo de carga, as reações se invertem.

Se uma célula é submetida a ciclos repetidos de carga e descarga de capacidade inferior à capacidade total da célula, por exemplo 70%, ela 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 perda de tensão devido a sobrecargas, que podem alterar as estruturas cristalinas dos metais dos eletrodos.


2) Célula de Níquel Metal Hidreto (NiMH)

(Topo | 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):

$$\ce{NiOOH + MHab -> Ni(OH)2 + M}\text{ (1,2 V)} \tag{2A}$$

Reação do anodo (negativo, descarga):

$$\ce{MHab + OH- -> M + H2O + e-} \tag{2B}$$
Reação do catodo (positivo, descarga) :

$$\ce{NiOOH + H2O + e- -> Ni(OH)2 + OH-} \tag{2C}$$

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.


3) Célula de Níquel-Hidrogênio

(Topo | 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 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 emprego em outras áreas.


4) Célula de Mercúrio

(Topo | Fim pág)

Usada em pequenas baterias para aparelhos portáteis como relógios, calculadoras e outros. A construção básica, normalmente em forma de discos ou pastilhas, é dada de forma aproximada pelo corte da Figura 4-I. Células reais podem ter, a depender do tipo e do fabricante, outros elementos como membranas, suspiros para saída de gases, etc.

Célula de Mercúrio
Fig 4-I

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:

$$\ce{Zn(s) + HgO(s) + H2O(l) -> Zn(OH)2(s) + Hg(l)}\text{ (1,35 V)} \tag{4A}$$

Reação global para anodo de cádmio:

$$\ce{Cd(s) + HgO(s) + H2O(l) -> Cd(OH)2(s) + Hg(l)}\text{ (0,91 V)} \tag{4B}$$


5) Célula de Óxido de Prata

(Topo | 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:

$$\ce{Zn + Ag2O -> ZnO + 2Ag}\text{ (1,56 V)} \tag{5A}$$

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.
Referências
Pesquisa na Internet em Jul/2007. Fontes não anotadas.

Topo | Rev: Mai/2018