A HISTÓRIA DAS BATERIAS

 

 

 

A eletricidade já era conhecida desde os tempos antigos, mas somente a partir de 1800 é que se começou a entender os mecanismos de como produzi-la e utilizá-la de maneira adequada.

A primeira bateria que se tem notícia foi encontrada perto de Bagdá durante a construção de uma ferrovia em 1936. Acredita-se que essa bateria foi construída há 2.000 anos. Trata-se de uma jarra de barro, que provavelmente era preenchida com uma solução de vinagre, onde se colocava uma haste de ferro dentro de um cilindro de cobre.

 

Figura 1 - Suposta bateria antiga

 

Não se tem certeza que essas jarras de barro fossem baterias elétricas. Se fossem baterias, quem as fabricou e para que serviram? Infelizmente, não há registro escrito sobre a função exata da jarra de barro, mas a melhor suposição é que era um tipo de bateria.

Os cientistas acreditam que essas baterias, se essa foi a sua função correta, foram usadas para galvanização, como por exemplo, colocar uma camada de um metal (ouro) na superfície de outro (prata), um método ainda praticado hoje.

Durante a década de 1780 um físico italiano Luigi Galvani realizou experimentos que envolveram pernas de rã. Ao introduzir diferentes metais no corpo da rã, como um gancho de bronze e um bisturi de ferro, Galvani notou que os músculos da rã se contraiam.

Uma primeira explicação para o fenômeno era que a contração muscular era devida à eletricidade produzida pelo animal. Posteriormente outro físico italiano Alessandro Volta, concluiu que não era a perna da rã que produzia eletricidade, mas sim a interação dos dois metais diferentes é que gerava eletricidade.

 

 

 

O crédito pela invenção da bateria elétrica é dado ao cientista italiano Alessandro Volta, em 1800. Volta observou que quando duas sondas de metais diferentes são colocadas em certas soluções químicas, ocorre a produção de eletricidade. Em homenagem a Volta é que a unidade de medida de tensão elétrica chama-se volt.

 

 

Figura 2 - Esquema da pilha de Volta

 

Volta colocou camadas de zinco e cobre juntas, separadas por um pano embebido em salmoura. Mas apesar de entregar correntes consistentes, a sua invenção não era capaz produzir eletricidade por muito tempo.

Uma das principais falhas em sua invenção foi o vazamento de salmoura entre as placas metálicas, causando curto-circuito.

 

 

Figura 3 - Pilha de Volta

 

Volta também descobriu que ligando várias baterias em série se obteria a soma das tensões de cada bateria. Descobriu também que metais diferentes, têm comportamentos diferentes numa bateria elétrica. Os metais determinam a tensão da bateria.

Em 1802, Willian Cruickshank projetou a primeira bateria para produção em massa. Ele cortou várias chapas quadradas de zinco e cobre de igual tamanho. Essas chapas foram colocadas dentro de uma caixa selada de madeira e foram soldadas entre si. Depois a caixa de madeira era preenchida com uma solução ácida.

 

 

Em 1836, John F. Daniell, um químico inglês, inventou uma bateria capaz de produzir eletricidade de forma mais estável que as anteriores. O funcionamento da pilha de Daniell é semelhante à pilha de Volta já que possui eletrodos feitos de cobre e zinco. Porém na pilha de Daniell os eletrodos estão em compartimentos separados e se utiliza uma ponte salina para fechamento do circuito elétrico. Os eletrodos de cobre e zinco são imersos numa solução de sulfato de cobre e sulfato de zinco, respectivamente. A pilha de Daniell foi uma das baterias antigas mais bem sucedidas, sendo usada para alimentar dispositivos de comunicação.

 

 

 

Figura 4 - Pilha de Daniell

 

 

Em 1865, o engenheiro francês Georges Leclanché inventou uma bateria que pode ser considerada a precursora das pilhas comuns que são usadas hoje em dia. A pilha de Leclanché é formada por um cilindro de zinco metálico que forma o anodo ou polo negativo e um cilindro de grafite que forma o catodo ou polo positivo. O cilindro de grafite é coberto por uma camada de dióxido de manganês e carvão em pó. Esta pilha tem característica ácida por causa do cloreto de amônia. A pilha de Leclanché não é recarregável, pois a reação química que ocorre em seu interior é irreversível. Com isso a pilha cessa seu funcionamento quando não há mais dióxido de manganês para ser consumido.

 

 

Figura 5 - Pilha de Leclanché

 

 

 

Em 1859, o físico francês Gaston Planté inventou a primeira bateria recarregável à base de chumbo e ácido, que se tornou o primeiro tipo de bateria recarregável a ser comercializado.

Figura 6 - Bateria de chumbo-ácido

 

A bateria de chumbo-ácido é constituída de dois eletrodos, um de chumbo e o outro de dióxido de chumbo, ambos mergulhados em uma solução de ácido sulfúrico. Esta célula é capaz de produzir 2 volts. Associando-se várias células em série conseguem-se tensões maiores, como por exemplo, 12V que é a tensão mais comum nas baterias de carros.

 

Para recarregar a bateria, conecta-se uma fonte de corrente contínua nos dois eletrodos o que resulta na inversão das reações químicas. Neste processo o ácido sulfúrico é recuperado.

Com o passar do tempo a bateria de chumbo ácido evoluiu e hoje temos as baterias de chumbo seladas - VRLA (valve-regulated lead acid – bateria de chumbo-ácido regulada por válvula) ou bateria de gel que é um tipo de bateria de chumbo-ácido livre de manutenção. 

Por ser selada pode estar em ambientes fechados, pois não libera gases nocivos. É muito utilizada em nobreaks, sistemas de alarme, geração de energia eólica, luz de emergência, telecomunicações e brinquedos elétricos.

 

Em 1899, Waldmar Jungner, da Suécia, inventou a bateria recarregável de níquel-cádmio (NiCd) que usava níquel como eletrodo positivo (catodo) e cádmio como negativo (anodo). O alto custo do material em comparação com o chumbo limitou seu uso.

Dois anos depois, Thomas Edison substituiu o cádmio por ferro, inventando a bateria de níquel-ferro (NiFe). Problemas tais como baixa energia, mau desempenho em temperaturas baixas ou elevadas e autodescarga excessiva limitaram o sucesso dessa bateria.

 

Com o passar dos anos a bateria NiCd evoluiu, conseguindo-se correntes mais elevadas, maior longevidade bem como se conseguiu produzir células seladas e pequenas. Durante muitos anos, o NiCd foi a única bateria recarregável para aplicações portáteis, porém essa bateria causa danos ao meio ambiente quando não é descartada adequadamente.

Na década de 1990, os ambientalistas na Europa começaram a trabalhar para que o uso dessa bateria fosse bastante limitado. Hoje a comercialização dessas baterias é restrita em vários países por questões ambientais.  

A alternativa é a bateria de níquel-hidreto metálico - NiMh, uma bateria mais ecológica e que tem características semelhantes à bateria de NiCd, porém com melhor desempenho em termos de energia específica.

A bateria de níquel-hidreto metálico causa muito menos dano ao meio ambiente do que as baterias de níquel-cádmio. As baterias de níquel-hidreto metálico são uma espécie de continuação das baterias de níquel-cádmio.

 

Essa tecnologia consiste na substituição do eletrodo à base de cádmio por um eletrodo negativo que absorve hidrogênio. Esta substituição aumenta a capacidade da bateria para um determinado peso e volume e elimina o cádmio que polui o meio ambiente. No restante, as baterias de níquel-hidreto metálico são bastante semelhantes ao produto de níquel-cádmio. Muitos parâmetros de aplicação são pouco alterados entre os dois tipos de bateria.

Atualmente, a maioria das pesquisas gira em torno das baterias de lítio, comercializadas pela primeira vez pela Sony em 1991. Além de alimentar telefones celulares, laptops, câmeras digitais, ferramentas elétricas e dispositivos médicos, o lítio também é usado para veículos elétricos e satélites. A bateria tem uma série de benefícios, tais como sua alta energia específica, carga simples, baixa manutenção e causa menores danos ao ambiente.