As baterias se tornaram uma parte essencial da tecnologia moderna. Você pode encontrá-las em telefones e laptops, bem como em carros e até mesmo no armazenamento de energia renovável. Geralmente, vemos uma bateria como uma unidade única. No entanto, sua base está em um componente menor chamado célula da bateria. Por isso, geralmente surge uma pergunta: O que são células de bateria e como elas funcionam?
Na verdade, cada célula é uma unidade compacta que armazena e fornece energia. Essas pequenas células múltiplas criam as baterias das quais dependemos na vida cotidiana. Por isso, é essencial entender os conceitos básicos de uma célula para saber como uma bateria funciona. Se você ainda não conhece as células da bateria, não se preocupe! Este guia detalhado fornecerá uma visão clara das células da bateria. Então, vamos começar!
O que é uma célula de bateria?
Primeiro, vamos entender os conceitos básicos do que são as células da bateria!
Uma célula de bateria é uma unidade menor de uma bateria que armazena energia e a transforma em eletricidade. Ela tem duas extremidades, chamadas eletrodos, e um meio entre elas, chamado eletrólito. Quando conectada a um circuito, os produtos químicos dentro da célula reagem e geram uma corrente elétrica. Essa corrente é o que alimenta seus dispositivos.
Em palavras simples, uma célula de bateria é uma fonte de energia que torna possível a tecnologia portátil moderna. Essas células são a razão pela qual a energia pode ser transportada e usada a qualquer hora e em qualquer lugar. Entretanto, é fundamental observar que uma única célula pode alimentar pequenos dispositivos. Entretanto, máquinas maiores normalmente exigem que várias células sejam conectadas para formar um pacote de baterias.
É por isso que o desempenho de uma bateria depende diretamente da qualidade e da capacidade de suas células. Em outras palavras, quanto mais fortes forem as células, melhor será o desempenho da bateria. Além disso, nem todas as células da bateria são iguais. Elas vêm em uma variedade de formas e tamanhos para atender a diferentes necessidades de energia. Essa variedade faz com que seu uso seja amplo em vários setores.
As partes básicas de uma célula de bateria
Espero que você tenha uma compreensão básica das células da bateria a partir da seção acima. Cada célula de bateria pode parecer um objeto simples visto de fora. Entretanto, por dentro, ela tem uma estrutura cuidadosamente projetada. Cada parte da célula tem uma função específica e, juntas, elas permitem que a célula armazene e libere energia. Portanto, vamos nos aprofundar e explorar alguns componentes comuns das células de bateria.
- Ânodo: O ânodo é a extremidade negativa da célula. Normalmente, ele é feito de materiais como grafite, lítio ou zinco, dependendo do tipo de bateria. Sua principal função é liberar elétrons quando a bateria está em uso. Portanto, é o ponto de partida onde a eletricidade começa a fluir.
- Cátodo: O cátodo é a extremidade positiva da célula. Geralmente é feito de metais como óxido de lítio-cobalto ou óxido de manganês. A função do cátodo é receber os elétrons que vêm do ânodo. Juntos, o ânodo e o cátodo criam o caminho para o fluxo de eletricidade.
- Eletrólito: Entre o ânodo e o cátodo está o eletrólito. Trata-se de uma substância química que pode estar na forma líquida, gel ou sólida. Ela permite que pequenas partículas carregadas, chamadas íons, se movimentem entre os dois lados. Sem o eletrólito, o movimento das cargas não aconteceria.
- Separador: O separador é como uma parede de segurança entre o anodo e o catodo. Ele impede que eles se toquem diretamente, o que pode causar um curto-circuito. No entanto, ele ainda permite a passagem de íons.
- Colecionadores atuais: A função de um coletor de corrente é garantir que a eletricidade possa fluir da bateria e alimentar um dispositivo. São finas camadas de metal presas ao ânodo e ao cátodo. Elas coletam os elétrons e os enviam pelo circuito externo. Isso permite que você alimente seu dispositivo.
Como funciona uma célula de bateria?
Como mencionei anteriormente, uma célula de bateria converte energia química em energia elétrica. Entretanto, esse processo não é tão simples quanto parece. Isso ocorre por meio de um processo abrangente, passo a passo. Portanto, vamos nos aprofundar e explorar como uma bateria realmente funciona!
Etapa 1: Início da reação química
Como você sabe, dentro da célula, há duas extremidades chamadas ânodo e cátodo. Esses dois eletrodos são mergulhados em um material semelhante a um gel chamado eletrólito. Quando você conecta uma bateria a um dispositivo, os materiais dentro do ânodo começam a reagir com o eletrólito. Essa reação força o ânodo a liberar pequenas partículas carregadas chamadas elétrons. Esses elétrons agora estão prontos para se mover. Entretanto, eles não podem passar diretamente pelo interior da bateria.
Etapa 2: fluxo de elétrons
Como os elétrons não podem atravessar o eletrólito, eles seguem o único caminho disponível. Esse caminho é um circuito externo que contém um fio. Isso significa que eles saem do ânodo, passam pelo fio ou pelo dispositivo conectado a ele e se movem em direção ao cátodo. Esse movimento dos elétrons do ânodo para o cátodo gera energia elétrica. É a isso que nos referimos como a corrente que alimenta seu dispositivo.
Etapa 3: Movimento dos íons
Enquanto os elétrons se movem fora da bateria, algo mais acontece dentro dela. Na verdade, há outras partículas minúsculas dentro do eletrólito, conhecidas como íons. Esses íons carregam uma carga elétrica. Eles se movem pelo eletrólito do ânodo para o cátodo. Esse movimento mantém o equilíbrio da reação química e permite que ela funcione sem problemas. Sem esse movimento de íons, a bateria deixaria de funcionar rapidamente.
Etapa 4: A eletricidade alimenta o dispositivo
À medida que os elétrons percorrem o circuito externo, eles passam pelo dispositivo conectado à bateria. Seu movimento fornece a energia que alimenta o dispositivo. Por exemplo, em um controle remoto, os elétrons iluminam o pequeno circuito. Isso envia um sinal ao seu dispositivo, como uma TV. Em um telefone, eles operam a tela, os aplicativos e outros recursos. Em palavras simples, o movimento dos elétrons é o que dá vida ao seu dispositivo.
Etapa 5: Carregamento e descarregamento
A descarga das células da bateria ocorre quando você usa a bateria para alimentar um dispositivo elétrico. Durante a descarga, os produtos químicos reagem de uma forma que faz com que os elétrons fluam do ânodo para o cátodo. Esses elétrons passam por um fio, alimentando o dispositivo. Por outro lado, a carga ocorre somente em baterias recarregáveis, como Baterias LiFePO4 e de chumbo-ácido.
É o oposto de descarregar. Como? Quando você conecta a bateria a uma fonte elétrica, a corrente empurra os elétrons de volta para o local onde eles se formaram. Ao mesmo tempo, os íons dentro da bateria também retornam às suas posições originais. Esse processo redefine a química da bateria, deixando-a pronta para ser usada novamente.
Tipos de células de bateria
As células da bateria nem sempre são construídas no mesmo formato. Seu design e estrutura mudam dependendo de onde serão usadas. Portanto, com base nesses fatores, há cinco tipos principais de células de bateria. Vamos analisar seus detalhes e especialidades nesta seção.
1- Células alcalinas
As pilhas alcalinas são uma das pilhas mais comuns e amplamente usadas no cotidiano. Elas são chamadas de "alcalinas" porque usam um eletrólito alcalino, geralmente hidróxido de potássio. Esse eletrólito é o que permite que elas durem mais e forneçam mais energia do que as antigas baterias de zinco-carbono. Entretanto, essas células não são recarregáveis. Isso significa que, depois de totalmente usadas, elas não podem ser carregadas novamente. Elas podem ser encontradas em carros de controle remoto, relógios, lanternas e outros dispositivos semelhantes.
2- Células de chumbo-ácido
As células de chumbo-ácido são um dos tipos mais antigos e confiáveis de células de bateria. Elas ainda são amplamente usadas atualmente devido ao seu baixo custo, durabilidade e capacidade de fornecer alta potência. Essas células são feitas com placas de chumbo e um eletrólito de ácido sulfúrico. Devido a essa combinação, elas fornecem uma fonte de energia estável e confiável. Lembre-se de que as baterias de chumbo-ácido não recarregáveis não podem ser carregadas. Portanto, elas geram mais resíduos em comparação com as baterias recarregáveis.
3- Células de níquel-cádmio (NiCd)
As células de níquel-cádmio, geralmente chamadas de baterias NiCd, são um tipo de bateria recarregável. Essas baterias usam hidróxido de óxido de níquel e cádmio metálico como seus materiais primários. Elas se tornaram populares devido à sua robustez, natureza duradoura e capacidade de lidar com uma ampla gama de temperaturas. Além disso, essas células também podem fornecer uma saída de energia forte e estável. Isso as torna adequadas para uso doméstico e industrial.
4- Células de hidreto metálico de níquel (NiMH)
As células de bateria de hidreto metálico de níquel (NiMH) são uma versão avançada das células à base de níquel. Em vez de cádmio, fabricantes de células de bateria usam um material de hidreto metálico como eletrodo negativo. Entretanto, o eletrodo positivo continua sendo o hidróxido de óxido de níquel. Essa mudança torna as baterias NiMH mais seguras para o meio ambiente, pois não contêm cádmio tóxico. Elas também oferecem uma maior densidade de energia. Portanto, elas podem armazenar mais energia no mesmo tamanho que as células de NiCd. É por isso que as células NiMH se tornaram populares para eletrônicos de consumo, câmeras digitais e até mesmo carros híbridos.
5- Células de íon-lítio
As células de íons de lítio são as células recarregáveis mais comuns e avançadas usadas atualmente. Essas células funcionam movendo os íons de lítio entre o cátodo e o ânodo durante a carga e a descarga. Devido a esse design, elas são altamente eficientes e podem armazenar uma quantidade significativa de energia em um tamanho compacto.
Isso as torna não apenas leves, mas também potentes. Outro benefício das células de íons de lítio é sua alta densidade de energia. Isso significa que elas duram mais tempo antes de precisarem ser recarregadas em comparação com as baterias mais antigas. É por isso que essas células são comumente usadas em baterias de alta taxa.
Perguntas frequentes
Qual é a diferença entre uma célula e uma bateria?
Uma célula é a unidade básica que produz eletricidade a partir de uma reação química. Por exemplo, uma pilha AA usada em um controle remoto é, na verdade, uma única célula. Entretanto, uma bateria é composta de uma ou mais células conectadas em série. Por exemplo, a bateria de seu smartphone ou carro tem muitas células pequenas.
Quantas células compõem uma bateria?
O número de células em uma bateria depende da quantidade de tensão e energia necessárias. Por exemplo, uma bateria AA ou AAA normalmente consiste em apenas uma célula. Entretanto, uma bateria de 9 V tem seis células minúsculas em seu interior, cada uma com cerca de 1,5 V. Todas essas células são conectadas para fornecer um total de 9 volts.
As células mortas das baterias podem ser reutilizadas?
Não, as células mortas das baterias não podem ser reutilizadas. O motivo é que a reação química dentro da célula já foi usada, e elas não são recarregáveis. Portanto, tentar recarregá-las pode não ser seguro.
Conclusão
As células da bateria são a base de armazenamento moderno de energia. Elas alimentam tudo, desde eletrônicos domésticos até sistemas de energia renovável em grande escala. Entretanto, essas células geram energia com um princípio básico de funcionamento. Por exemplo, elas convertem energia química em energia elétrica com o movimento dos elétrons.
Além disso, dependendo da capacidade de uso, as células da bateria são de vários tipos. Cada um desses tipos tem suas próprias vantagens e desvantagens. Algumas delas são recarregáveis, enquanto outras não são recarregáveis, mas têm uma vida útil prolongada. Essa variedade permite que os setores selecionem a melhor opção com base no custo, no desempenho e na confiabilidade.