Química das Baterias Alcalinas
Uma bateria alcalina (código IEC: L) é um tipo de bateria primária que gera corrente elétrica direta a partir da reação eletroquímica entre zinco e dióxido de manganês (MnO2) na presença de um eletrólito alcalino. Essa bateria recebe o nome “alcalina” devido ao seu eletrólito de hidróxido de potássio (KOH), ao invés do eletrólito ácido de cloreto de amônio (NH4Cl) ou cloreto de zinco (ZnCl2) encontrado nas baterias de zinco-carbono.
Embora outros sistemas de baterias também utilizem eletrólitos alcalinos, eles empregam materiais ativos diferentes para os eletrodos. As baterias alcalinas primárias são amplamente usadas e essenciais para alimentar diversos dispositivos portáteis, como ferramentas elétricas, rádios, brinquedos e controles remotos. O tamanho mais comum de bateria alcalina é o modelo AA.
Utilização em Dispositivos Portáteis
As baterias alcalinas são frequentemente utilizadas em dispositivos portáteis que possuem baixo consumo de corrente, são usados intermitentemente ou estão distantes de uma fonte de energia alternativa. Exemplos incluem circuitos de alarme e comunicação, onde a energia elétrica está disponível apenas intermitentemente.
Funcionamento e Química das Baterias Alcalinas
Em termos simples, cada bateria é projetada para manter o cátodo e o ânodo separados, evitando uma reação. Os elétrons armazenados só fluem quando o circuito é fechado, ou seja, quando a bateria é colocada em um dispositivo e este é ligado. Com o circuito fechado, a atração mais forte pelos elétrons no cátodo (por exemplo, dióxido de manganês em baterias alcalinas) puxa os elétrons do ânodo (por exemplo, zinco) através do fio no circuito até o eletrodo do cátodo. Este fluxo de elétrons através do fio é a eletricidade.
As baterias convertem energia química diretamente em energia elétrica. A energia química pode ser armazenada, por exemplo, em metais de alta energia como Zn ou Li, que não são estabilizados por ligações de elétrons d, ao contrário dos metais de transição.
Todas as baterias, independentemente de seus tipos e combinações de materiais, operam com base no mesmo princípio da reação de oxidação-redução. Em uma célula eletroquímica, reações redox espontâneas ocorrem em dois eletrodos separados por um eletrólito, que é uma substância condutora iônica e eletricamente isolante.
A reação redox é uma reação química que produz uma mudança nos estados de oxidação dos átomos envolvidos, com a transferência de elétrons de um elemento para outro. Como resultado, o elemento doador, que é o ânodo, é oxidado (perde elétrons), e o elemento receptor, o cátodo, é reduzido (ganha elétrons).
Na bateria alcalina, o eletrodo negativo é o zinco, e o eletrodo positivo é o dióxido de manganês de alta densidade (MnO2). O eletrólito alcalino de hidróxido de potássio (KOH) não é consumido durante a reação. Apenas o zinco e o MnO2 são consumidos durante a descarga. O eletrólito de hidróxido de potássio permanece, pois quantidades iguais de OH– são consumidas e produzidas.
As reações de meia-célula são: Zn(s) + 2OH–(aq) → ZnO(s) + H2O(l) + 2e– [Eoxidação° = +1.28 V] e 2MnO2(s) + H2O(l) + 2e– → Mn2O3(s) + 2OH–(aq) [Eredução° = +0.15 V].
A reação global é: Zn(s) + 2MnO2(s) ⇌ ZnO(s) + Mn2O3(s) [e° = +1.43 V]. Os elétrons gerados durante a reação são usados para alimentar dispositivos quando o circuito é fechado.
