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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 uma longa lista de problemas de saúde, e o ácido é, digamos, ácido. A simples menção da palavra evoca imagens de líquidos verdes borbulhantes e cientistas loucos por cacarejar empenhados na dominação mundial. Mas, como chocolate e manteiga de amendoim, chumbo e ácido não parecem combinar, mas combinam. 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 requerem 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 do armazenamento de energia elétrica
Baterias elétricas são simplesmente recipientes de armazenamento capazes de manter uma carga elétrica e, em seguida, descarregá-la em uma carga. Algumas baterias são capazes de produzir corrente elétrica a partir de seus componentes básicos assim que são montadas. Essas baterias são chamadas baterias primárias, e normalmente são descartados assim que a carga se esgota. Baterias de carro se encaixam em uma categoria diferente de bateria elétrica que pode ser carregada, descarregada e recarregada repetidamente. Esses baterias secundárias utilizam uma reação química reversível que difere de um tipo de bateria recarregável para outro. Em termos que a maioria das pessoas pode entender facilmente, as pilhas AA ou AAA que você compra na loja, coloca no controle remoto e depois joga fora quando morrem, são pilhas primárias. Eles são montados, normalmente a partir de células de zinco-carbono ou zinco e dióxido de manganês, e são capazes de fornecer corrente sem serem carregados. Quando eles morrem, você os joga fora – ou descarta-os de maneira adequada, se preferir. Claro, você pode comprar as mesmas baterias AA ou AAA em uma forma “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 a uma carga durante a montagem. Em vez disso, uma corrente elétrica é aplicada às células, o que causa uma reação química dentro da bateria. Em seguida, você enfia a bateria no controle remoto e, quando ela morre, coloca-a em um carregador e a aplicação de uma corrente reverte o processo químico ocorrido durante a descarga. As baterias de automóveis, que utilizam chumbo e ácido sulfúrico em vez de oxihidróxido de níquel e uma liga de absorção de hidrogênio, têm funções semelhantes às baterias de NiMH. 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 se inverte e uma corrente é fornecida à carga.
Armazenamento de energia com chumbo e ácido
Se usar chumbo e ácido para armazenar uma carga elétrica parece 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 se torna uma solução muito diluída de ácido sulfúrico – o que significa que é principalmente 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 invertido. As placas de sulfato de chumbo voltam (principalmente) para o chumbo, e a solução diluída de ácido sulfúrico torna-se mais concentrada. Essa não é uma maneira muito eficiente de armazenar energia elétrica, em termos de quão pesadas e grandes as células são em comparação com a quantidade de energia que armazenam, mas as baterias de chumbo-ácido ainda são usadas hoje por dois motivos. O primeiro é uma questão de economia; As 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 enormes quantidades 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 automóveis tradicionais são às vezes chamadas de Baterias SLI, onde “SLI” significa partida, iluminação e ignição. Essa abreviatura ilustra muito bem os principais objetivos de uma bateria de carro, já que a principal função de qualquer bateria de carro é acionar o motor de arranque, as luzes e a ignição antes que o motor comece a funcionar. Depois que o motor está funcionando, o alternador fornece toda a energia elétrica necessária e a bateria é recarregada. Esse tipo de uso é um tipo de ciclo de trabalho raso, pois fornece uma curta explosão de uma grande quantidade de corrente, e é para isso que as baterias de carro são especificamente projetadas. Pensando nisso, as baterias dos carros modernos contêm placas muito finas de chumbo, o que permite uma exposição máxima ao eletrólito e fornece a maior amperagem possível por curtos períodos. Este projeto é necessário devido aos enormes requisitos atuais dos motores de partida. Em contraste com as baterias de partida, as baterias de ciclo profundo são outro tipo de bateria de chumbo-ácido projetada para um ciclo “mais profundo”. A configuração das placas é diferente, por isso elas não são adequadas para fornecer grandes quantidades de corrente sob demanda. Em vez disso, eles são projetados para fornecer menos energia por mais tempo. O ciclo é “mais profundo” porque é mais longo, e não porque a descarga geral é maior. Ao contrário das baterias de partida, 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 de partida, as baterias de ácido de chumbo 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 nos materiais e técnicas resultaram em uma série de variações. As baterias de ciclo profundo, é claro, 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 provavelmente foram as baterias de chumbo-ácido reguladas por válvula (VRLA). Eles ainda usam chumbo e ácido sulfúrico, mas não têm células úmidas “inundadas”. 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 a liberação de gases como as baterias de células inundadas, nem são vulneráveis a vazamentos se derrubadas. Embora as baterias VRLA tenham uma série de vantagens, sua produção é muito mais cara do que as baterias tradicionais de célula inundada. Portanto, embora a tecnologia continue avançando, é provável que você ainda use a tecnologia de ponta dos anos 1860 sob o capô por algum tempo – a menos que use a eletricidade. Mas isso é uma questão totalmente diferente em termos de baterias.
