Célula seca: estrutura e operação
Uma célula seca é uma bateria cujo meio eletrolítico consiste de uma pasta e não de uma solução. A referida pasta, no entanto, tem um certo nível de humidade e, por tais razões, não é estritamente seca.
A pequena quantidade de água é suficiente para os íons se moverem e, conseqüentemente, o fluxo de elétrons para dentro da pilha.
Sua enorme vantagem sobre as primeiras estacas úmidas é que, por ser uma pasta eletrolítica, seu conteúdo não pode ser derramado; algo que aconteceu com as baterias molhadas, que eram mais perigosas e delicadas do que suas contrapartes secas. Dada a impossibilidade de vazamentos, a célula seca encontra uso em números portáteis e móveis.
Na imagem acima você tem uma bateria seca de zinco-carbono. Mais precisamente, é uma versão moderna da pilha de Georges Leclanché. De tudo, é o mais comum e talvez o mais simples.
Estes dispositivos representam um conforto energético devido a ter em seu bolso energia química que pode ser transformada em eletricidade; e, assim, não depender das conexões atuais ou da energia fornecida pelas grandes usinas e sua vasta rede de torres e cabos.
Estrutura celular seca
Qual é a estrutura de uma célula seca? Na imagem você pode ver sua capa, que nada mais é do que uma película polimérica, aço e os dois terminais cujas arruelas isolantes se projetam da frente.
No entanto, esta é apenas sua aparência externa; em seu interior encontram-se suas partes mais importantes, que garantem seu funcionamento adequado.
Cada célula seca terá suas próprias características, mas somente a bateria de zinco-carbono será considerada, a partir da qual uma estrutura geral para todas as outras baterias pode ser esquematizada.
A bateria de duas ou mais baterias é entendida como uma bateria, e esta última são células voltaicas, como será explicado em uma próxima seção.
Eletrodos
A estrutura interna de uma bateria de zinco-carbono é mostrada na imagem superior. Não importa qual seja a célula voltaica, sempre deve haver (geralmente) dois eletrodos: um dos quais os elétrons são liberados e outro que os recebe.
Os eletrodos são materiais condutores de eletricidade e, para que haja corrente, ambos devem ter diferentes eletronegatividades.
Por exemplo, o zinco, lata branca que envolve a bateria, é onde os elétrons partem para o circuito elétrico (dispositivo) onde está conectado.
Por outro lado, em todo o meio é o eletrodo de carbono grafite; Também imerso em uma pasta composta de NH 4 Cl, ZnCl 2 e MnO 2 .
Este eletrodo é o que recebe os elétrons, e percebe que ele tem o símbolo '+', o que significa que é o terminal positivo da bateria.
Terminais
Como visto acima da haste de grafite na imagem, há o terminal elétrico positivo; e abaixo, do zinco interno, onde os elétrons fluem, o terminal negativo.
É por isso que as baterias carregam marcas '+' ou '-' para indicar a maneira correta de conectá-las ao dispositivo e, assim, permitir que ele seja ligado.
Areia e cera
Embora não seja mostrado, a pasta é protegida por uma camada de areia e um selo de cera que evita, após pequenos impactos mecânicos, ou agitação, derramamento ou entrar em contato com o aço.
Operação
Como funciona uma célula seca? Para começar, é uma célula voltaica, isto é, gera eletricidade a partir de reações químicas. Portanto, reações redox ocorrem dentro das pilhas, onde as espécies ganham ou perdem elétrons.
Os eletrodos servem como uma superfície que facilita e permite o desenvolvimento dessas reações. Dependendo de suas cargas, pode ocorrer oxidação ou redução das espécies.
Para entender melhor isso, apenas os aspectos químicos da bateria de zinco-carbono serão explicados.
Oxidação do eletrodo de zinco
Assim que o dispositivo eletrônico for ligado, a bateria liberará elétrons, oxidando o eletrodo de zinco. Isso pode ser representado pela seguinte equação química:
Zn => Zn2 + + 2e-
Se houver muito Zn2 + em torno do metal, ocorrerá uma polarização de carga positiva, portanto, não haverá mais oxidação. Portanto, o Zn2 + deve se difundir através da pasta para o cátodo, onde os elétrons retornarão.
Os elétrons, depois de terem ativado o dispositivo, retornam ao outro eletrodo: o da grafite, para encontrar espécies químicas "esperando por ele".
Redução de cloreto de amônio
Como dito acima, na pasta há NH 4 Cl e MnO 2, substâncias que transformam seu pH ácido. Assim que os elétrons entrarem, as seguintes reações ocorrerão:
2NH 4 + + 2e- => 2NH 3 + H 2
Os dois produtos, amônia e hidrogênio molecular, NH 3 e H 2, são gases e, portanto, podem "inchar" a pilha se não sofrerem outras transformações; como por exemplo, os dois seguintes:
Zn2 + + 4NH 3 => [Zn (NH 3 ) 4 ] 2+
H 2 + 2MnO 2 => 2MnO (OH)
Note que o amônio foi reduzido (ganho de elétrons) para se tornar NH 3 . Em seguida, esses gases foram neutralizados pelos demais componentes da pasta.
O complexo [Zn (NH 3 ) 4 ] 2+ facilita a difusão dos íons Zn 2+ em direção ao cátodo e, assim, impede que a célula "pare".
O circuito externo do dispositivo funciona como uma ponte para os elétrons; caso contrário, nunca haveria uma conexão direta entre a lata de zinco e o eletrodo de grafite. Na imagem da estrutura, esse circuito passaria a representar o cabo preto.
Baixar
As baterias secas têm muitas variantes, tamanhos e voltagens de trabalho. Alguns deles não são recarregáveis (células primárias de voltaicas), enquanto outros não (células voltaicas secundárias).
A bateria de zinco-carbono tem uma tensão de trabalho de 1, 5V. Suas formas mudam dependendo de seus eletrodos e da composição de seus eletrólitos.
Chegará um ponto em que todo o eletrólito reagiu, e não importa quanto zinco seja oxidado, não haverá espécies que recebam os elétrons e promovam sua liberação.
Além disso, pode ser o caso em que os gases formados não são mais neutralizados e permanecem exercendo pressão dentro das pilhas.
Baterias de zinco-carbono, e outras que não são recarregáveis, devem ser recicladas; já que seus componentes, especialmente se são níquel-cádmio, são nocivos ao meio ambiente ao contaminar solos e águas.
