Pilhas Secas de Leclanché

• Pilhas Secas de Leclanché:

Essas pilhas são formadas basicamente por um envoltório de zinco, separado por um papel poroso e por uma barra central de grafite envolvida por dióxido de manganês (MnO2), carvão em pó (C) e por uma pasta úmida contendo cloreto de amônio (NH4Cl), cloreto de zinco (ZnCl2) e água (H2O).

O zinco funciona como o ânodo, perdendo elétrons; e o grafite funciona como o cátodo, conduzindo os elétrons para o dióxido de manganês:

Semirreação do Ânodo: Zn (s) → Zn2+(aq) + 2 e-

Semirreação do Cátodo: 2 MnO2(aq) + 2 NH4 1+(aq) + 2e- → 1 Mn2O3 (s) + 2NH3(g) + 1 H2O(l)

Reação Global: Zn (s) + 2 MnO2(aq) + 2 NH41+(aq) → Zn2+(aq) + 1 Mn2O3(s) + 2NH3(g)

Esse tipo de pilha é indicado para equipamentos que requerem descargas leves e contínuas, como controle remoto, relógio de parede, rádio portátil e brinquedos.

Você pode obter mais detalhes sobre a origem, funcionamento, durabilidade, ddp, perigos e cuidados que devem ser tomados com essas pilhas no texto “Pilha Seca de Leclanché”.

• Pilhas alcalinas:

Seu funcionamento se assemelha muito com o das pilhas secas de Leclanché, porém, a única diferença está que no lugar do cloreto de amônio (que é um sal ácido), coloca-se uma base forte, principalmente o hidróxido de sódio (NaOH) ou o hidróxido de potássio (KOH).

Semirreação do Ânodo: Zn + 2 OH → ZnO + H2O + 2e-

Semirreação do Cátodo: 2 MnO2 + H2O + 2e-→ Mn2O3 + 2 OH

Reação global: Zn +2 MnO2→ ZnO + Mn 2O3

As pilhas alcalinas são mais vantajosas que as ácidas no sentido de que elas têm uma maior durabilidade, em geral, oferecem de 50 a 100% mais energia que uma pilha comum do mesmo tamanho, além de haver menos perigo de vazamentos.

São indicadas principalmente para aparelhos que exigem descargas rápidas e mais intensas, como rádios, tocadores de CD/DVD e MP3 portáteis, lanternas, câmeras fotográficas digitais etc.

Leia também o texto Pilhas alcalinas.

• Pilhas de lítio/dióxido de manganês:

Essas pilhas são leves e originam uma grande voltagem (cerca de 3,4 V), devido a isso, elas são muito utilizadas em equipamentos pequenos como relógios e calculadoras. Diferentemente dos casos anteriores, o seu formato é de moeda, como mostra a imagem a seguir:

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)

As células a combustível são dispositivos que têm o funcionamento parecido com o das pilhas, com a diferença de que as pilhas possuem seus reagentes armazenados em seu interior, sofrendo reações de oxidorredução e transformando energia química em elétrica; enquanto as células a combustível não têm a energia química armazenada, mas os reagentes são continuamente injetados.

Há vários tipos de células a combustível, mas todas elas possuem o mesmo princípio de funcionamento e utilizam combustíveis gasosos. Assim, as células a combustível convertem a energia liberada em reações de combustão em energia elétrica.

Abaixo temos o esquema de uma das células de combustíveis mais comuns, denominada de AFC (do inglês Alkaline Fuel Cell, que traduzido significa “célula de combustível alcalina”):

Esquema de funcionamento de uma célula a combustível hidrogênio/oxigênio

Esse é o esquema de uma célula a combustível, mas, se associarmos várias células em série, o resultado será uma pilha de combustível, com maior potência.

Observe que o gás hidrogênio (H2), que é o combustível, é bombeado para dentro da estrutura porosa do ânodo (polo negativo), que nesse caso é constituído de níquel. Depois de atravessá-lo, o hidrogênio passa para o eletrólito (solução aquosa de hidróxido de potássio, KOH(aq)), onde se dissolve e reage, formando o cátion H+ e liberando elétrons. Assim, a semirreação do ânodo pode ser representada por:

Ânodo: 1H2(g) + 2 OH-(aq) → 2 H2O(ℓ) + 2e-

Esses elétrons são conduzidos até o cátodo por meio do circuito externo. O cátodo é um eletrodo de níquel recoberto de óxido de níquel hidratado (Ni(OH)(s)) que catalisa a redução do oxigênio (proveniente geralmente do bombeamento de ar), que ocorre quando ele recebe os elétrons. Desse modo, a semirreação que ocorre no cátodo é:

Cátodo: ½ O2(g) + 1 H2O(ℓ) + 2e- → 2 OH-(aq)

A reação global é dada por:

2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(ℓ)

Veja que além da eletricidade produzida, essa célula gera água, o que corresponde a uma das suas principais vantagens. É por isso que ela é muito usada em espaçonaves, principalmente as americanas, tais como Gemini, Apollo e o Ônibus espacial. Para se ter uma ideia, em 7 dias, sendo movida à célula de combustível, a nave americana Apollo consome 680 kg de hidrogênio e produz 720 L de água.

Veja abaixo uma célula a combustível da NASA:

Célula a combustível da NASA movida a metanol

Além disso, muitos cientistas a têm encarado como um combustível do futuro, pois praticamente não gera poluentes. Em virtude da crise do petróleo, desde 1973 estudos a fim de usar as células a combustível em automóveis e em residências, comércios e indústrias vêm crescendo cada vez mais. Por exemplo, muitos fabricantes de automóveis na Europa, Japão e Estados Unidos estão colocando em exposição e demonstrando veículos movidos a células a combustível com alto desempenho e emissões zero de poluentes.

LOS ANGELES - 19 de novembro de 2008: Honda apresenta o Honda FCSport, veículo de célula de combustível no LA Auto Show*

Geralmente, nesses casos, é melhor usar combustíveis líquidos, como o metanol e o etanol, que podem ser reformados