Chumbo e ácido são duas coisas que a maioria das pessoas conhece bem o suficiente para evitar. O chumbo é um metal pesado que pode causar toda uma lista de problemas de saúde, e o ácido é, bem, ácido. A mera menção da palavra evoca imagens de líquidos verdes borbulhantes e cientistas loucos de cacarejar inclinados à dominação mundial.
Mas, como o chocolate e a manteiga de amendoim, o chumbo e o ácido não parecem estar juntos, mas o fazem. Sem chumbo e ácido, não teríamos baterias de carro e, sem baterias de carro, não teríamos nenhum dos acessórios modernos - ou necessidades básicas, como faróis - que exigem um sistema elétrico para funcionar. Então, como, exatamente, essas duas substâncias mortais se juntaram para formar a base sólida dos sistemas eletrônicos automotivos? A resposta, para emprestar uma frase, é elementar.
A ciência de armazenar energia elétrica
As baterias elétricas são simplesmente recipientes de armazenamento capazes de reter uma carga elétrica e descarregá-la em uma carga. Algumas baterias são capazes de produzir uma corrente elétrica a partir de seus componentes básicos assim que são montadas. Essas baterias são chamadas baterias primárias , e eles são normalmente descartados uma vez que a carga tenha sido esgotada. Baterias de automóveis se encaixam em uma categoria diferente de bateria elétrica que pode ser carregada, descarregada e recarregada de novo e de novo. Estes baterias secundárias utilizar uma reação química reversível que difere de um tipo de bateria recarregável para outro.
Em termos que a maioria das pessoas pode entender prontamente, as pilhas AA ou AAA que você compra na loja, colam em seu controle remoto e depois jogam fora quando morrem como baterias primárias. Eles são montados, tipicamente de células de zinco-carbono ou zinco e dióxido de manganês, e são capazes de fornecer corrente sem serem carregadas. Quando eles morrem, você os joga fora - ou os descarta apropriadamente, se preferir.
Claro, você pode comprar as mesmas pilhas AA ou AAA em um formato “recarregável” que custa mais. Essas baterias recarregáveis normalmente usam células de níquel-cádmio ou níquel-hidreto metálico. Ao contrário das baterias “alcalinas” tradicionais, as baterias NiCd e NiMH não são capazes de fornecer corrente para uma carga na montagem. Em vez disso, uma corrente elétrica é aplicada às células, o que causa uma reação química dentro da bateria. Você então coloca a bateria no controle remoto e, quando ela morre, você a coloca em um carregador e a aplicação de uma corrente inverte o processo químico que ocorreu durante a descarga.
Baterias de carro, que utilizam chumbo e ácido sulfúrico em vez de oxihidróxido de níquel e uma liga de absorção de hidrogênio, são similares às baterias de NiMH em funcionamento. Quando uma corrente elétrica é aplicada à bateria, ocorre uma reação química e uma carga elétrica é armazenada. Quando uma carga é conectada à bateria, essa reação é revertida e uma corrente é fornecida à carga.
Armazenando energia com chumbo e ácido
Se usar chumbo e ácido para armazenar uma carga elétrica soa arcaico, é. A primeira bateria de chumbo-ácido foi inventada na década de 1850, e a bateria do seu carro usa os mesmos princípios básicos. Os designs e materiais evoluíram ao longo dos anos, mas a mesma ideia básica está em jogo.
Quando uma bateria de chumbo-ácido é descarregada, o eletrólito torna-se uma solução muito diluída de ácido sulfúrico - o que significa que é basicamente H20 velho com algum H2SO4 flutuando nele. As placas de chumbo, tendo absorvido o ácido sulfúrico, tornam-se principalmente sulfato de chumbo. Quando uma corrente elétrica é aplicada à bateria, esse processo é revertido. As placas de sulfato de chumbo giram (principalmente) de volta para o chumbo, e a solução diluída de ácido sulfúrico torna-se mais concentrada.
Essa não é uma maneira extremamente eficiente de armazenar energia elétrica, em termos de quão pesadas e grandes as células são comparadas à quantidade de energia que elas armazenam, mas as baterias de chumbo-ácido ainda estão em uso hoje por dois motivos. A primeira é uma questão de economia; Baterias de chumbo-ácido são muito mais baratas de fabricar do que qualquer outra opção. A outra razão é que as baterias de chumbo-ácido são capazes de fornecer quantidades enormes de corrente sob demanda de uma só vez, o que as torna especialmente adequadas para uso como baterias de partida.
Quão superficial é o seu ciclo?
Baterias de carros tradicionais às vezes são chamadas de Baterias SLI , onde "SLI" significa partida, iluminação e ignição. Essa abreviação ilustra muito bem os principais propósitos de uma bateria de carro, já que o principal trabalho de qualquer bateria de carro é acionar o motor de partida, as luzes e a ignição antes que o motor esteja funcionando. Depois que o motor estiver funcionando, o alternador fornece toda a energia elétrica necessária e a bateria é recarregada.
Esse tipo de uso é um tipo superficial de ciclo de trabalho, pois fornece uma pequena quantidade de corrente, e é isso que as baterias dos carros são especificamente projetadas para fazer. Com isso em mente, as baterias dos carros modernos contêm placas muito finas de chumbo, o que permite uma quantidade máxima de exposição ao eletrólito e fornece a maior quantidade de amperagem possível por curtos períodos. Este projeto é necessário devido às enormes exigências atuais dos motores de partida.
Em contraste com o arranque das baterias, as baterias de ciclo profundo são outro tipo de bateria de chumbo-ácido que foi concebida para um ciclo “mais profundo”.A configuração das placas é diferente, então elas não são adequadas para fornecer grandes quantidades de corrente sob demanda. Em vez disso, eles são projetados para fornecer menos energia por períodos mais longos. O ciclo é “mais profundo” porque é mais longo, em vez de devido à descarga geral ser maior. Ao contrário de iniciar as baterias, que são recarregadas automaticamente após cada uso, as baterias de ciclo profundo podem ser descarregadas lentamente - para um nível seguro - antes de serem recarregadas novamente. Assim como as baterias iniciais, as baterias de chumbo-ácido de ciclo profundo não devem ser descarregadas abaixo do nível recomendado para evitar danos permanentes.
Pacote Diferente, Mesma Tecnologia
Embora a tecnologia básica por trás das baterias de chumbo-ácido tenha permanecido mais ou menos a mesma, os avanços em materiais e técnicas resultaram em várias variações. Baterias de ciclo profundo, naturalmente, usam uma configuração de placa diferente para permitir um ciclo de trabalho mais profundo. Outras variações levam as coisas ainda mais longe.
O maior avanço na tecnologia de baterias de chumbo-ácido foi provavelmente as baterias de chumbo-ácido reguladas por válvula (VRLA). Eles ainda usam chumbo e ácido sulfúrico, mas não "inundaram" as células úmidas. Em vez disso, eles usam células de gel ou um tapete de vidro absorvido (AGM) para o eletrólito. O processo químico é o mesmo em um nível básico, mas essas baterias não estão sujeitas à desgaseificação, como as baterias de células alagadas, e também não são vulneráveis a vazamentos se forem derrubadas.
Embora as baterias VRLA tenham várias vantagens, elas são muito mais caras de produzir do que as tradicionais baterias alagadas. Então, enquanto a tecnologia continua avançando, provavelmente você ainda estará dirigindo com tecnologia de ponta da década de 1860 por algum tempo - a menos que você seja elétrico. Mas isso é uma questão totalmente diferente em termos de baterias.
