View
65
Download
3
Category
Preview:
DESCRIPTION
O presente trabalho tem como objectivo aprofundar as tecnologias das baterias primárias de zinco e lítio.Iremos ao longo deste relatório explicar o funcionamento de algumas tecnologias associadas aos dois tipos de baterias, vantagens e desvantagens, assim como aplicações que têm actualmente ou que possam vir a ter no futuro.Desta forma, explicaremos como é possível transformar a energia química em energia eléctrica nas baterias de lítio e zinco.
Citation preview
Curso de Engenharia de Sistemas de Energias renováveis
Disciplina de Tecnologias das Energias Renováveis
Ano lectivo de 2009/2010
Relatório
Módulo 3: Pilhas de
combustível
Executado por:
Eva Kaná 6832
Fábio Oliveira 6844
Orientado por:
João Abrantes
Entregue em:
10-12-2009
Baterias de Zinco primárias
Baterias de Lítio primárias
Baterias de zinco e lítio primárias
ESTG/IP de Viana do Castelo
Página 2 de 22
1. Introdução
O presente trabalho tem como objectivo aprofundar as tecnologias das baterias
primárias de zinco e lítio.
Iremos ao longo deste relatório explicar o funcionamento de algumas tecnologias
associadas aos dois tipos de baterias, vantagens e desvantagens, assim como aplicações
que têm actualmente ou que possam vir a ter no futuro.
Desta forma, explicaremos como é possível transformar a energia química em
energia eléctrica nas baterias de lítio e zinco.
Baterias de zinco e lítio primárias
ESTG/IP de Viana do Castelo
Página 3 de 22
Índice
1. Introdução .......................................................................................................... 2
2. Baterias de zinco primárias ................................................................................ 4
Zinco – Carbono ...................................................................................................... 4
Reacções químicas ............................................................................................... 5
Limitações ............................................................................................................ 5
Melhores aplicações ............................................................................................. 5
Cloreto de Zinco ...................................................................................................... 6
Pilhas Alcalinas – Manganês ................................................................................... 7
Reacções químicas ............................................................................................... 8
Vantagens ............................................................................................................. 8
Pilhas botão e moeda ............................................................................................. 10
Óxido de Prata – Zinco ...................................................................................... 10
Óxido de Mercúrio – Zinco ............................................................................... 11
Ar – Zinco .......................................................................................................... 11
3. Baterias de lítio primárias ................................................................................ 13
Química da célula de lítio ...................................................................................... 13
Pilhas em Botão e moeda ....................................................................................... 14
Células cilíndricas e prismáticas ............................................................................ 16
Baterias com eléctrodos positivos líquidos ............................................................ 18
Cuidados a ter com as pilhas de lítio ..................................................................... 19
4. Tabela comparativa entre as capacidades das diferentes pilhas ....................... 19
5. Conclusão ......................................................................................................... 21
Baterias de zinco e lítio primárias
ESTG/IP de Viana do Castelo
Página 4 de 22
2. Baterias de zinco primárias
Zinco – Carbono
Este tipo de pilha foi inventada em 1865 pelo engenheiro francês George
Leclanché.
Há 50 anos atrás, a maioria das baterias primárias eram deste tipo. Uma vara
central de carbono, que servia como eléctrodo positivo, era rodeada por dióxido de
manganês e por pó de carbono que eram intimamente misturados. A função do pó de
carbono era aumentar a condutividade eléctrica da massa activa positiva e deste modo
reduzir a resistência interna da célula. O electrólito, uma solução aquosa de cloreto de
amónio e cloreto de zinco, era absorvido pelos poros de um separador e pela mistura de
dióxido de manganês e carbono. A célula tinha uma vedação (asfalto, cera) e uma
abertura na sua extremidade superior, junto com uma capa que servia para isolar a vara
positiva de carbono da cobertura negativa de zinco. Por fim, a cobertura de zinco era
rodeada por um revestimento de papel.
Esta pilha é considerada um pilha seca visto que, embora o electrólito seja uma
solução aquosa, está imobilizado nos poros do separador.
Um dos defeitos deste inicial design era o facto de o zinco participar na reacção
de descarga e por isso ir ficando cada vez mais fino, o que levava ao aparecimento de
orifícios que permitiam que os químicos da célula passassem e corroessem o
equipamento.
Através de avanços tecnológicos, a cobertura de zinco passou a ser feita apenas
de uma vez o que dispensa o uso de soldaduras.
O separador de foi substituído por papel revestido pelos mesmos materiais.
O revestimento em papel foi substituído por um recipiente em aço revestido por
um polímero.
Estes melhoramentos reduziram a tendência das células para libertarem o
electrólito quando completamente descarregadas.
Baterias de zinco e lítio primárias
ESTG/IP de Viana do Castelo
Página 5 de 22
Reacções químicas
No eléctrodo positivo:
No eléctrodo negativo:
A reacção global:
Estas reacções electroquímicas originam uma diferença de potencial de 1,5 V.
Na realidade, a reacção das células são muito mais complexas do que as
apresentadas, com a formação de intermediários solúveis como Zn(NH3)2 Cl2,
ZnOMn2O3 e ZnCl24Zn(OH)2, especialmente em taxas de alta descarga. Estes sólidos
tendem a impedir a difusão iónica, a qual é necessária para a descarga da célula. A
descida do pH no eléctrodo de zinco leva à corrosão química, com a libertação de
hidrogénio. Como a pressão interna aumenta, o isolamento rompe e ocorre a libertação
do electrólito para o exterior da célula.
Limitações
As pilhas de zinco – carbono não são aconselháveis para aplicações de corrente
elevadas porque conseguem polarizar e a capacidade disponível cai drasticamente com
o aumento da taxa de descarga; o tempo de armazenamento não é longo ( ± 2 anos) e o
intervalo de temperatura óptimo de funcionamento é dos 10 ºC aos 40 ºC, fora deste
intervalo o desempenho deteriora-se.
Melhores aplicações
Aplicações intermitentes e de baixa corrente com períodos de descanso para
recuperação (despolarização) num espaço de dois anos.
Lanternas;
Relógios;
Rádios portáteis;
Detectores de fumo;
…
Baterias de zinco e lítio primárias
ESTG/IP de Viana do Castelo
Página 6 de 22
Cloreto de Zinco
Este tipo de pilhas é semelhante às de Zinco – Carbono apenas mudando
algumas coisas:
O electrólito passa a ser constituído essencialmente por cloreto de zinco
reduzindo a tendência dos eléctrodos serem obstruídos por produtos sólidos, o
que permite aumentar a difusão iónica e elevar os índices de descarga;
Dióxido de manganês de melhor qualidade, preparado electroliticamente, é
empregado;
Maior quantidade de carbono na mistura, para facilitar a reacção de descarga,
melhorando a condutividade eléctrica;
Melhor enclausuramento.
Estes aperfeiçoamentos aumentam os preços de fabrico e estes anulam os
melhores resultados do desempenho.
Em comparação com as pilhas anteriores, as de cloreto de zinco apresentam
melhores desempenho seja a correntes mais elevadas, ou a temperaturas mais baixas.
De notar também, que se a resistência do circuito aumentar 10 vezes, a capacidade
disponível aumentará entre 2 e 3 vezes enquanto o tempo de vida aumentará até 20
Figura 1 Principais constituintes de uma pilha Zinco - Carbono
Baterias de zinco e lítio primárias
ESTG/IP de Viana do Castelo
Página 7 de 22
vezes. Se por outro lado, a descarga for intermitente e não contínua, o desempenho será
ainda melhor.
Pilhas Alcalinas – Manganês
A principal diferença entre este tipo de pilhas e as de zinco – carbono reside no
facto de o electrólito destas ser constituído por hidróxido de potássio numa solução 30
% massa/massa visto que este químico tem uma condutividade eléctrica elevada. Outra
diferença está no facto de o eléctrodo negativo ser constituído por pó de zinco
(grânulos) compactado à volta de um colector de corrente posicionado no centro da
célula. A terceira diferença está na configuração da célula; a mistura do eléctrodo
positivo, de dióxido de manganês e pó de grafite, é embalado à volta do separador do
zinco negativo, e está em contacto eléctrico com uma cobertura de aço niquelado. Para
se evitar a inversão da polaridade, o colector negativo está em contacto com a base da
célula (em vez da cobertura) e a barreira isolante na parte de baixo (em vez do topo),
com a cobertura de aço em contacto com o terminal de cima (positivo).
As reacções químicas que ocorrem neste tipo de pilhas são mais simples do que
das pilhas Leclanché visto que não há cloreto de amónio ou cloreto de zinco para formar
precipitados.
Figura 2 Curvas de descarga das pilhas de Zinco -
Carbono e Cloreto de Zinco
Figura 3 Curvas de
funcionamento em função da
temperatura de pilhas de Zinco -
Carbono e Cloreto de Zinco
Baterias de zinco e lítio primárias
ESTG/IP de Viana do Castelo
Página 8 de 22
Reacções químicas
No eléctrodo positivo:
No eléctrodo negativo:
A reacção global:
com a formação de iões Zn(OH)42-
como espécie intermédia. Não há alteração na
concentração de iões líquidos de OH-
durante a descarga. No entanto a resistência
interna aumenta devido a outros factores.
Estas reacções electroquímicas originam uma diferença de potencial de 1,54 V.
Vantagens
As células alcalinas – manganês apresentam as seguintes vantagens em relação aos
tipos de pilhas anteriores:
Mais indicadas para aplicações contínuas;
Melhores a correntes elevadas;
Indicadas para temperaturas mais baixas;
Maior tempo de armazenamento (4 anos a 20ºC);
Adequadas para aplicações de baixa corrente como detectores de fumo.
Figura 4 Principais constituintes de uma pilha Alcalina - Manganês
Baterias de zinco e lítio primárias
ESTG/IP de Viana do Castelo
Página 9 de 22
As horas de serviço (alcalinas-manganês vs. zinco-carbono) é maior para as
pilhas D do que para as AA, e é ainda maior a altas descargas (pequenas resistências).
Embora a baixas temperaturas, a célula alcalina ainda funciona durante algumas
horas, o que não acontece com as de zinco-carbono.
A uma potência contínua de 0.5 W, a energia disponível pela Duracell Ultra é 30
% maior do que as convencionais pilhas alcalinas, e a 1 W é 100 % mais. Isto porque
avanços nas ciências dos materiais permitiram reduzir a resistência interna da célula.
Figura 5 Horas de serviço, a uma descarga constante, de pilhas Alcalinas - Manganês e Zinco - Carbono
Figura 6 Descargas a baixas temperaturas de uma pilha Alcalina tamanho D
Figura 7 Comparação entre a pilha Alcalina normal e a Alcalina Ultra da Duracell
Baterias de zinco e lítio primárias
ESTG/IP de Viana do Castelo
Página 10 de 22
Pilhas botão e moeda
Óxido de Prata – Zinco
Este tipo de célula foi inventada a meio do século XIXX mas apenas se iniciou a sua
produção para fins comerciais depois de descoberta a membrana permeável a iões
como separador. A sua principal utilização era satisfazer o crescimento rápido dos
relógios eléctricos.
Como electrólito é possível usar dois constituintes: hidróxido de potássio se se
pretender altas correntes, ou hidróxido de sódio se se preferir uma vida longa.
Possui uma curva de voltagem de descarga plana com voltagens iniciais entre os
1.50 V a 1.55 V, o que indica uma resistência interna baixa e que sofre pouca
polarização. A voltagem em circuito aberto é de 1,6 V.
Em comparação com as pilhas alcalinas – manganês, possuem uma capacidade
volumétrica superior em 50 %, possuindo entre 200 a 300 mAh por cm3.
Ao fim de quatro anos, ainda retêm 80 % da capacidade inicial, para uma
temperatura constante de 20ºC.
Reacções químicas
No eléctrodo positivo:
No eléctrodo negativo:
A reacção global:
Figura 8 Principais constituintes de uma pilha Óxido de Prata - Zinco
Baterias de zinco e lítio primárias
ESTG/IP de Viana do Castelo
Página 11 de 22
Figura 9 Curvas de voltagem em descarga de uma pilha de Óxido de Prata - Zinco
Óxido de Mercúrio – Zinco
Muito semelhantes às anteriores, mas variando poucas características:
Voltagem em circuito aberto inferior (1.35 V);
Adiciona-se dióxido de manganês à mistura do eléctrodo positivo para aumentar
a voltagem para 1.40 V até 1.45 V;
Têm uma resistência interna inferior;
São produzidas em pequena escala devido aos problemas ambientais do
mercúrio.
Ar – Zinco
O eléctrodo de ar é bem conhecido em células de combustível alcalinas e não há
razão para não utilizá-lo em pilhas de zinco primárias.
Aparência similar às de zinco – óxido de prata, mas com pequenos buracos na
cobertura positiva para admitir ar ao eléctrodo;
Quando armazenadas, são cobertas com uma fita para evitar que o dióxido de
carbono reaja com o electrólito de hidróxido de potássio para formar carbonato
de potássio e desta forma evitar a diminuição da condutividade do electrólito;
A electro - redução do oxigénio necessita um catalisador, normalmente níquel, e
pode ser descrita:
Baterias de zinco e lítio primárias
ESTG/IP de Viana do Castelo
Página 12 de 22
A electro – redução ocorre apenas em pontos de contacto entre o ar, electrólito
líquido e catalisador sólido;
Capacidade volumétrica e gravimétrica elevadas;
Voltagem em circuito aberto igual a 1.4 V;
Voltagem de descarga plana;
Corrente entre os 1 mA até 10 mA;
Apenas 1 a 2 semanas de vida útil, visto que o electrólito é envenenado com
dióxido de carbono.
Figura 10 Curvas de voltagem em descarga
Baterias de zinco e lítio primárias
ESTG/IP de Viana do Castelo
Página 13 de 22
3. Baterias de lítio primárias
O lítio tem duas propriedades que fazem dele altamente adequado como eléctrodo
negativo para baterias:
É o metal mais leve da Tabela Periódica, com uma massa atómica de apenas
6,94. Esta é a propriedade mais atraente para uma bateria leve.
Tem um alto poder electroquímico redutor, que pode dar origem a uma bateria
de 3 V.
O maior problema com o lítio é que é altamente reactivo com a água e, portanto, não
pode ser usado com um electrólito aquoso. No entanto existem 5 classes de electrólitos
não aquosos que podem ser usados nas baterias de lítio.
Soluções de sais de lítio em líquidos orgânicos polares;
Soluções de sais de lítio em líquidos inorgânicos polares;
Sais de lítio fundidos;
Polímeros condutores iónicos;
Cerâmicos condutores iónicos.
Muitas baterias usam o primeiro tipo de electrólito, sendo que o segundo é pouco
utilizado. Baterias de alta temperatura empregam sais fundidos e os polímeros que são
adequados para a condução dos iões de lítio têm sido desenvolvidos recentemente sendo
que as baterias de lítio-polímero estão agora a chegar ao mercado. A não condução
cerâmica do lítio tem sido identificada.
Química da célula de lítio
O lítio é instável com a maioria dos líquidos orgânicos, por isso as pilhas devem ser
mantidas num lugar com baixa humidade, sendo que o factor que permite que um
líquido orgânico possa ser usado como electrólito é a formação de uma camada de
passivação na superfície do metal lítio. Essa camada é muito fina e é uma mistura de
nitreto de lítio (Li3N) e hidróxido / carbonato de lítio. A camada normalmente não
contribui substancialmente para a resistência interna da célula, mas protege o lítio de ser
auto-descarregado em circuito aberto, que de outra forma ocorreria como resultado de
processos de corrosão. A escolha do electrólito orgânico para as células de lítio é
determinada pela química detalhada da reacção de interface e de estabilidade e as
propriedades da película da superfície resultante.
Baterias de zinco e lítio primárias
ESTG/IP de Viana do Castelo
Página 14 de 22
O segundo factor que é importante na escolha de um electrólito orgânico é a
condutividade iónica do líquido, pois este determina a resistência interna da célula, logo
é importante maximizar a condutividade na medida do possível. Isto sugere o uso de um
solvente polar que seja susceptível de facilitar a dissolução de sais de lítio como
espécies iónicas. Entre os utilizados temos:
Ésteres lineares;
Ésteres cíclicos;
Éteres lineares;
Éteres cíclicos.
A condutividade relativamente baixa dos electrólitos orgânicos (básicos) tende a
limitar a potência de saída das pilhas de lítio que podem ser vistas como dispositivos
com energia específica alta, mas com comparativamente baixa potência. Por outro lado,
os pontos de congelação baixos destas soluções permitem que as células operem a
temperaturas mais baixas do que as células de electrólitos aquosos. A purificação das
soluções electrolíticas é particularmente mais importante no que diz respeito a remover
os últimos vestígios de água.
A escolha do material do eléctrodo positivo a usar em células de lítio é também
bastante ampla. Os mais adoptados para as células primárias são o MnO2 e o CFx (uma
forma de grafite fluorada), que fornecem 3 V/célula, FeS2 e CuO, que fornecem 1,5
V/célula.
Pilhas em Botão e moeda
As células de lítio primárias têm um número de características que fazem delas ideais
para aplicações que requerem os formatos de moeda e botão, por exemplo relógios,
máquinas fotográficas e calculadoras. Características benéficas incluem o seguinte:
Alta tensão da célula. Células de lítio geralmente têm tensões de 3 V ou mais,
conforme determinado pela escolha do material do eléctrodo positivo.
Descarga plana. As células de lítio exibem curvas planas direitas de descarga
para o final da descarga.
Vida útil longa. Armazenamento de vida de pelo menos 10 anos à
temperatura ambiente. Isto é devido à estabilidade da camada de passivação,
que é formada na superfície do metal de lítio.
Baterias de zinco e lítio primárias
ESTG/IP de Viana do Castelo
Página 15 de 22
Ampla faixa de temperatura de operação. As células de lítio podem ser
operadas a partir de - 30 a +60 º C.
O dióxido de manganês é o material mais
usual para eléctrodos positivos em células de lítio
com formato de moeda e botão. A tensão em
circuito aberto de tais células é 3,2 V e a reacção
global de descarga é:
As células lítio - dióxido de manganês são melhor projectadas com eléctrodos de
grande área e com pequeno espaçamento inter-electrónico para o electrólito. Estes
requisitos favorecem a estrutura da célula de moeda sobre a célula de botão. Pela
mesma razão, as pilhas de lítio em moeda são normalmente operadas com correntes
inferiores às equivalentes de óxido de zinco - prata, de modo a minimizar a queda de
resistência e de aquecimento na célula. O design do fecho de polipropileno deve garantir
que não haja penetração de vapor de água durante longos períodos de armazenamento
ou uso.
Figura 11 Curvas de descarga da célula
em moeda de lítio - dióxido de manganês.
Figura 12 Pilha de lítio-dióxido de manganês em formato de moeda.
Baterias de zinco e lítio primárias
ESTG/IP de Viana do Castelo
Página 16 de 22
Células cilíndricas e prismáticas
Os mais conhecidos eléctrodos sólidos positivos são o FeS2 e o MnO2.
Claramente, a pilha de lítio é capaz de uma vida significativamente mais operacional,
especialmente em níveis de alta potência (até 1400 mA). Isso é importante em
aplicações que requerem pulsos de energia, tais como o flash de cameras. A célula é
construída sobre o princípio do enrolamento em espiral ('jellyroll’).
Figura 13 Princípio do enrolamento em espiral em pilhas de lítio - sulfato de ferro.
Nas baterias de lítio - alumínio, o separador e o eléctrodo positivo FeS2 são todos
fabricados em folhas finas e colocados uns sobre os outros em forma de sanduíche. Este
é, então, enrolado firmemente numa espiral e pode deslizar para o exterior do aço. A
folha de lítio faz o contacto eléctrico com a base da célula de níquel-banhado
(negativo), enquanto o eléctrodo positivo FeS2 contacta com a tampa da célula, que
também é banhada a níquel. Com este projecto, há uma grande área de eléctrodo e uma
diferença muito pequena entre os eléctrodos positivo e negativo.
As vantagens das células lítio - sulfato de ferro são:
Longa vida útil, especialmente em aplicações de drenagem moderada a alta;
Curvas de descarga mais planas do que de outras células de tamanho AA;
Gama de temperatura de funcionamento (-40 a +60 ºC);
Vida longa de armazenamento (até 10 anos);
Baterias de zinco e lítio primárias
ESTG/IP de Viana do Castelo
Página 17 de 22
Vedação com boa resistência de fuga;
Um terço mais leves do que as células convencionais de tamanho AA.
As células de lítio-sulfato de ferro contêm um interruptor de segurança térmica, que
age como um limitador de corrente se a célula aquece. A resistência do interruptor sobe
abruptamente acima de uma certa temperatura e assim reduz a corrente. Deste modo, o
dispositivo é conhecido como um coeficiente positivo de temperatura. Para uso em
cameras de filmar, computadores portáteis e telemóveis.
Algumas empresas também fabricam células cilíndricas de lítio-dióxido de manganês
na configuração de bobina com um eléctrodo central negativo.
Estas têm alta capacidade, mas baixas correntes de descarga. Podem ser
enrolamentos espirais tais que permitem uma alta taxa de descarga. As células de
tamanho C e D têm capacidades nominais de 4,5 e 10 Ah, e uma corrente contínua
máxima de 1,3 e 3 A, respectivamente. A corrente pulsada pode ser de até 9 A (tamanho
C) e 18 A (tamanho D). Esta performance faz destas células ideais para aplicações que
requerem elevados pulsos de potência. Estas também têm uma elevada densidade de
energia (no máximo de 500 Wh-3
). As células em forma prismática podem ser ligadas
em série ou em paralelo para formar um grande volume de baterias eficientes. Têm sido
amplamente aplicadas para pacemakers devido à sua excelente confiabilidade na
elaboração de baixas correntes contínuas, bem como a muito baixa taxa de auto-
descarga (<1% por ano).
O cromato de prata Ag2CrO4, é outro material que tem sido empregue
extensivamente como eléctrodo sólido positivo em células de lítio primárias. A célula
Figura 14 Pilha de lítio-dióxido de manganês na forma cilíndrica.
Baterias de zinco e lítio primárias
ESTG/IP de Viana do Castelo
Página 18 de 22
resultante tem uma voltagem em circuito aberto de 3.5 V e descargas de acordo com a
seguinte reacção:
As células de lítio-cromato de potássio são produzidas em ambas as configurações de
botão e moeda, bem como na forma prismática. A densidade de energia é superior a 500
Wh dm-3
para cortes de tensão de 2.5 V.
Baterias com eléctrodos positivos líquidos
As pilhas de lítio primárias também têm sido desenvolvidas usando eléctrodos
líquidos positivos. Estes são de dois tipos: célula de "dissolução do eléctrodo” e célula
de “eléctrodo líquido inorgânico”. Em ambas o material positivo está em contacto
directo com o metal lítio negativo, com o qual reage superficialmente para formar uma
camada de passivação.
Eléctrodo positivo dissolvido. Este consiste numa solução de dióxido de enxofre num
electrólito de brometo de lítio (LiBr) dissolvido em acetonitrilo (CH3CN). A reacção de
descarga é:
A pressão nominal da dissolução de dióxido de enxofre é ~300 kPa à temperatura
ambiente e sobe para 3 MPa a 100 ºC. Isto necessita de uma caixa de pressão para a
célula. Um solvato SO2 líquido de LiAlCl4, como LiAlCl4.xSO2, pode ser usado como
electrólito. O colector positivo de corrente é normalmente constituído por uma mistura
de um negro de carbono e teflón, que é moldado em forma de folha, pressionado sobre
uma tela metálica de apoio, e separado do lítio-alumínio negativo por um separador
microporoso de polipropileno. Este sanduíche é helicoidalmente enrolada num aço
revestido de níquel. Células de lítio-dióxido de enxofre têm um densidade energética
gravimétrica e volumétrica até 330 Wh kg-1
e 500 Wh dm-3
, respectivamente. A sua
curva de carga de descarga é muito plana de 2,8 V a 2.9V, e é pouco dependente da
corrente consumida por causa da baixa resistência interna do enrolamento em espiral. A
faixa de temperatura a qual as células podem operar é de -50 a +70 º C.
Eléctrodo positivo de líquido inorgânico. Este emprega cloreto de tionilo (Cl2SO) ou
cloreto de sulfurilo (CO2Cl2) como o material activo, com sal dissolvido para fornecer a
condutividade. Cloreto de tionilo é o mais usual positivo e a reacção de descarga da
célula é:
Baterias de zinco e lítio primárias
ESTG/IP de Viana do Castelo
Página 19 de 22
A célula tem uma tensão de 2,9 V com uma densidade de corrente de 200 mA cm-2
.
Esta célula é muito adequada para uso militar, em climas frios e para aplicações
aeroespaciais. As células menores têm encontrado uma ampla variedade de usos que
incluem alimentação para placas de circuito impresso, meteorologia, e sinais de
localização de emergência. As baterias têm normalmente uma energia específica de 250
kg Wh-1 e uma densidade de potência de 1900 Wh kg-1
. É, portanto, uma das baterias
mais potentes desenvolvidas para uso no mar.
Cuidados a ter com as pilhas de lítio
Deve notar-se que todas as células de lítio com electrólitos orgânicos são dispositivos
potencialmente perigosos, com possibilidade de incêndio ou explosão se maltratadas.
As células não devem ser aquecidas acima dos 100 ºC, curto - circuitadas, desmontadas
ou operadas com outros tipos de baterias. Devem ser tomados cuidados também para
inserir as baterias de maneira correcta. Sob nenhuma circunstância deve ser feitas
tentativas para recarregar as pilhas de lítio primárias.
4. Tabela comparativa entre as capacidades das diferentes pilhas
Figura 15 Comparação das capacidades das diferentes pilhas
Através da análise da tabela anterior vemos que a pilha que debita uma maior
diferença de potencial é a pilha de lítio. Tanto para uma análise em termos de volume
como de massa, as pilhas de zinco – ar são as que possuem densidade de energia maior.
As duas marcas apresentadas apresentam capacidades relativamente parecidas. De notar
que aquando da aquisição de uma pilha, deve-se ter em atenção, não só a sua capacidade
mas também a corrente máxima que pode debitar, isto para se poder encontrar a pilha
ideal. Se se pretende abastecer um rádio (por exemplo), uma pilha que debite baixas
Baterias de zinco e lítio primárias
ESTG/IP de Viana do Castelo
Página 20 de 22
correntes pode ser utilizada, mas se por outro lado se pretende alimentar uma máquina
de barbear, uma pilha que debite maior corrente é mais aconselhada.
Baterias de zinco e lítio primárias
ESTG/IP de Viana do Castelo
Página 21 de 22
5. Conclusão
Como foi possível demonstrar através do trabalho apresentado, as pilhas são
equipamentos que possibilitam o transporte de energia na forma química para depois
transformá-la para a forma eléctrica e desta poder ser utilizada quando e onde o homem
quiser.
Desde que apareceu a primeira pilha, a procura por uma melhor e mais eficiente
não parou. Foi através desta evolução que foram aparecendo os diferentes tipos de
pilhas abordadas, desde as de zinco – carbono até às modernas de lítio.
As pilhas de zinco – carbono foram as primeiras a serem produzidas industrialmente
mas acarretavam vários problemas como uma baixa capacidade e o derrame do
electrólito para o equipamento.
Depois apareceram as de cloreto de zinco, as quais já resolviam o problema dos
derrames, funcionavam a temperaturas mais baixas do que as de zinco – carbono mas
embora a capacidade fosse mais alta do que as ditas, ainda não era muito elevada.
Uma revolução deu-se quando em 1973 aparecem as primeiras pilhas alcalinas. Estas
não derramavam produtos perigosos para o equipamento, tinham altos índices de
descarga e tinham uma capacidade muito superior a todas as pilhas mencionadas
anteriormente.
Para se poder fornecer energia aos emergentes relógios eléctricos apareceram as
pilhas em forma de botão e moeda. A diferença entre estas duas é que as de botão têm
uma altura maior do que as de moeda. Dentro destas duas categorias encontramos pilhas
de óxido de prata, com uma resistência interna muito baixa, pouca tendência a polarizar
e uma capacidade volumétrica superior em 50 % às pilhas alcalinas; pilhas de zinco –
óxido de mercúrio que foram rapidamente postas de parte devido aos tão nocivos
impactos ambientais que o mercúrio provoca e por fim a revolução das pilhas de botão /
moeda, as de zinco – ar. Estas pilhas congregam os avanços conseguidos com os
eléctrodos de ar (através do desenvolvimento das células de combustível) e permitem a
produção de energia eléctrica reduzindo o oxigénio presente no ar, mas têm como
inconveniente o seu curto tempo de vida visto que o electrólito de hidróxido de potássio
reage com o dióxido de carbono atmosférico e perde toda a sua condutividade eléctrica.
Relativamente às baterias de lítio, o seu desenvolvimento teve início nos finais dos
anos 50 e princípios dos anos 60 tendo, nesta altura, a comunidade científica
desenvolvido em paralelo a electroquímica do estado sólido. As baterias primárias de
lítio estão no mercado há cerca de 30 anos e durante a última década tem havido um
Baterias de zinco e lítio primárias
ESTG/IP de Viana do Castelo
Página 22 de 22
interesse crescente com estas baterias de lítio primárias e como o lítio é o metal mais
leve da tabela periódica torna-se facilmente requisitado para a projecção das chamadas
pilhas leves. Por este motivo e pela sua grande capacidade, as pilhas de lítio têm ampla
gama de aplicações que vão desde máquinas fotográficas a pacemakers devido à sua
elevada confiabilidade. Existem empresas que se dedicam à produção deste tipo de
baterias como é o caso da Ultralife Batteries, Inc. e da Sanyo Corporation que produz
cada célula com capacidade até 5 Ah.
A massiva procura por unidades transportadores de energia não pára de crescer e o
Homem tendo a maior criatividade e reflexão de toda a natureza está constantemente a
quebrar barreiras outrora impensáveis. O desenvolvimento de baterias vai continuar e
ficamos há espera do que de novo e surpreendente nos pode bater amanhã à porta.
Recommended