Baterias de Chumbo-Ácido – Funcionamento e Química
As baterias de chumbo-ácido são tipos secundários (recarregáveis) de baterias, consistindo em uma caixa, duas placas de chumbo ou grupos de placas, uma atuando como eletrodo positivo e a outra como eletrodo negativo, e um preenchimento com 37% de ácido sulfúrico (H2SO4) como eletrólito.
Composição e Eficiência das Baterias de Chumbo-Ácido
Essas baterias contêm eletrólito líquido em um recipiente não vedado, exigindo que sejam mantidas na vertical e em área bem ventilada para garantir a dispersão segura do gás hidrogênio produzido durante o sobrecarregamento. As baterias de chumbo-ácido geralmente têm eficiências coulômbicas de 85% e eficiências energéticas na ordem de 70%. Chumbo e dióxido de chumbo, os materiais ativos nas placas da bateria, reagem com o ácido sulfúrico no eletrólito para formar sulfato de chumbo.
Processo Químico Durante o Funcionamento
O sulfato de chumbo se forma inicialmente em um estado amorfo finamente dividido e facilmente reverte para chumbo, dióxido de chumbo e ácido sulfúrico quando a bateria é recarregada. O princípio de funcionamento da bateria de chumbo-ácido pode ser ilustrado pelos processos químicos que ocorrem durante o carregamento e descarregamento.
Descarga
Durante a descarga, ocorre o processo Pb + SO42- → PbSO4 + 2e– no ânodo. O chumbo é oxidado com o eletrólito para sulfato de chumbo, liberando dois elétrons. O sulfato de chumbo também é formado no cátodo pela reação PbO2 + SO42- + 4H+ + 2e– → PbSO4 + 2H2O. Nesta reação, ocorre uma redução do óxido de chumbo.
Carregamento
Durante o carregamento, os processos ocorrem na direção oposta, de modo que o sulfato de chumbo formado durante a descarga é oxidado para chumbo e óxido de chumbo reduzido, respectivamente. Se o sulfato de chumbo for completamente consumido e o processo de carregamento não for interrompido, inicia-se a eletrólise do eletrólito. O sobrecarregamento com altas tensões de carga gera oxigênio e gás hidrogênio pela eletrólise da água, que borbulha para fora e é perdido. Baterias seladas têm catalisadores (Pd, Pt) acima do respiradouro onde o gás oxihidrogênio pode recombinar para água. A tensão da célula resultante pode ser determinada pela série galvânica. A tensão total da reação redox é, portanto, E0 = 1,68V – ( – 0,36V) = 2,04V.
Conclusão
As baterias de chumbo-ácido são fundamentais devido à sua capacidade de armazenamento de energia e eficiência. A compreensão da química por trás dessas baterias não só permite otimizar seu uso, mas também contribui para o desenvolvimento de tecnologias de armazenamento de energia mais avançadas e sustentáveis.
