Pilhas e baterias primárias e secundárias

As pilhas e baterias podem ser classificadas em primárias ou secundárias, sendo que as primárias não são recarregáveis e as secundárias são recarregáveis.

Veja os principais exemplos em cada caso:

• Pilhas e baterias primárias: Quando o reagente é todo consumido e a reação de oxirredução que ocorre dentro delas cessa, essas pilhas devem ser descartadas.

1. Pilha seca de Leclanché ou pilha ácida:

Essa pilha também é chamada de pilha de zinco/dióxido de manganês, pois o seu ânodo (polo negativo, que sofre oxidação) é um invólucro de zinco; enquanto o cátodo (polo positivo, que sofre redução) é formado por um bastão de grafite que fica no centro e está envolvido por uma camada de dióxido de manganês, carvão em pó e uma pasta úmida de cloreto de amônio e cloreto de zinco.

O cilindro de zinco fica separado das outras substâncias químicas por um papel poroso e, conforme mostram as semirreações nos eletrodos abaixo, o zinco transfere elétrons para o manganês por meio da barra de grafite:

Ânodo: Zn _(s) → Zn²⁺_(aq) + 2 e^-
Cátodo: 2 MnO_2(aq) + 2 NH₄ ¹⁺_(aq)  + 2e^-  → 1 Mn₂O_{3  (s)} + 2NH_3(g) + 1 H₂O_(l)
Reação Global: Zn _(s) + 2 MnO_2(aq) + 2 NH₄¹⁺_(aq) → Zn²⁺_(aq) + 1 Mn₂O_3(s) + 2NH_3(g)

2. Pilha alcalina:

Essa pilha tem o mesmo esquema da pilha anterior (zinco/dióxido de manganês), porém, com a diferença de que o eletrólito é uma base, e não um ácido. No lugar do cloreto de amônio (que é um sal de caráter ácido) é utilizado o hidróxido de sódio ou de potássio.

As reações que ocorrem nessa pilha são:

Ânodo: Zn + 2 OH →  ZnO  + H₂O + 2e^-
Cátodo: 2 MnO₂ + H₂O + 2e^-→ Mn₂O₃ + 2 OH
Reação global: Zn +2 MnO₂→  ZnO  + Mn ₂O₃

3. Baterias de lítio:

O ânodo é o lítio, o cátodo é o dióxido de manganês, e o eletrólito é uma solução salina:

Semirreação do Ânodo: Li → Li+ + e−
Semirreação do Cátodo: MnO₂ + Li+ + e− → MnO₂(Li)
Reação global: Li + MnO₂ → MnO₂(Li)

• Pilhas e baterias secundárias: Essas pilhas ou baterias podem ser recarregadas por meio da aplicação de uma diferença de potencial (por meio de um gerador, como carregador específico para o aparelho, um alternador ou um dínamo). Com isso, as reações envolvidas no funcionamento desses dispositivos ocorrem no sentido contrário, regenerando os reagentes e permitindo que a bateria seja utilizada novamente.

1. Baterias de chumbo usadas em automóveis:

O ânodo dessa bateria é formado por placas de chumbo metálico, e o cátodo é formado por placas de chumbo revestidas de PbO_2(s). Essas placas são intercaladas e separadas por papelão ou plástico e mergulhadas em uma solução de ácido sulfúrico concentrado, formando uma série de seis pilhas, com 2V cada e fornecendo um total de diferença de potencial de 12 V.

O chumbo oxida-se, perdendo elétrons, enquanto o dióxido de chumbo reduz-se, ganhando elétrons:

Ânodo: Pb +HSO₄^1-+ H₂O ↔  PbSO₄ + H₃O¹⁺ + 2e^-
Cátodo: PbO₂ + HSO₄^1-+ 3H₃O¹⁺ + 2e^-↔ PbSO₄ + 5 H₂O
Reação global: Pb + PbO₂ + 2 HSO₄^1-+ 2 H₃O¹⁺↔ 2 PbSO₄ + 4 H₂O

2. Bateria de celular (bateria de íon lítio):

O cátodo dessa bateria é um composto de óxido de lítio e cobalto, e o ânodo é o carbono, sendo que esses dois eletrodos estão separados por um eletrólito não condutor.

O seu funcionamento ocorre pelo movimento dos íons de lítio do ânodo em direção ao cátodo através do eletrólito:

Ânodo: Li_yC_{6 (s)} + y Li⁺_(solv) + y e-→Li_x+yCoO_2(s)
Cátodo: Li_xCoO_{2 (s)} + y Li⁺_(s) + y e^-→Li_x+yCoO_2(s)
Reação Global:  Li_yC_6(s) → 6 C _(s) + y Li⁺ _(solv) + y  e^-

3. Pilha ou bateria de níquel/cádmio:

O ânodo dessa bateria é uma liga de ferro e cádmio, e o cátodo é revestido por uma camada de hidróxido (ou óxido) de níquel III:

Ânodo: 1 Cd_(s) + 2 OH^-_(aq) → 1 Cd(OH)_2(s) + 2e^-
Cátodo: 2 NiOOH + 4 H₂O_(?) + 2e- → 2 Ni(OH)₂ . H₂O_(s) +2 OH^-_(aq)
Reação global: 1 Cd_(s) + 2 NiO(OH) + 2 H₂O_(?) → 1 Cd(OH)_2(s) + 2 Ni(OH)_2(s)

4. Bateria de hidreto metálico/óxido de níquel (NiMH):

Suas atribuições principais são semelhantes à bateria de níquel-cádmio, mas com a modificação de que o ânodo é constituído por uma liga metálica que contém hidrogênio absorvido, formando um hidreto metálico:

Ânodo: MH_(s) + OH^-_(aq) → M_(s) + H₂O_(?) + e^-
Cátodo:  NiOOH_(s) + 2 H₂O_(?) + e^- →  Ni(OH)₂ . H₂O_(s) + OH^-_(aq)
Reação global: 1 Cd_(s) + 2 NiO(OH) + 2 H₂O_(?) → 1 Cd(OH)_2(s) + 2 Ni(OH)_2(s)

Para mais detalhes a respeito de cada uma dessas pilhas, leia os artigos relacionados mais abaixo.