Pilhas De Niquel-cadmio E Litio-iodo

PILHAS DE NÍQUEL-CÁDMIO E LÍTIO-IODO

Introdução

Uma pilha ou célula galvânica pode ser caracterizada como um processo espontâneo no qual a energia química é transformada em energia elétrica. Dessa forma, ela fornece energia para um determinado sistema até que a reação química se esgote. Essas reações são de oxirredução, de modo que envolve o fenômeno de transferência de elétrons.

As pilhas atualmente são muito comuns e utilizadas em grande quantidade no mercado. As substâncias químicas mais encontradas nas pilhas e baterias são: chumbo, níquel, mercúrio, cádmio, lítio, manganês e prata. Porém, nesse trabalho será abordado especificamente sobre as pilhas de Níquel-Cádmio e pilhas de Lítio-Iodo.

Pilhas de Níquel-Cádmio

A primeira bateria de NiCd foi desenvolvida pelo cientistas sueco Waldemar Jungner em 1899. Nesta altura a única tecnologia concorrente era a bateria de ácido-chumbo, bastante menos robusta tanto física como quimicamente. Com diversos melhoramentos de âmbito limitado nos primeiros protótipos, a densidade energética daquele tipo de baterias passou para cerca de metade do das baterias primárias, e para um valor consideravelmente acima das baterias de ácido-chumbo. Jungner experimentou substituir o cádmio das baterias por ferro em quantidades variáveis, mas as suas fórmulas ficaram abaixo das expectativas. São usadas comercialmente desde 1950.

As baterias de níquel/cádmio ou de cádmio/óxido de níquel são muito utilizadas em aparelhos sem fio como celulares, barbeadores, câmeras de vídeo, flashes, aparelhos eletrônicos portáteis, ferramentas, entre outros.

Elas foram bastante usadas nos primeiros celulares (atualmente são mais usadas as baterias de íon lítio) e também eram encontradas nas pilhas cilíndricas recarregáveis.

Componentes e principais reações

É constituído basicamente: Níquel, Cádmio, Hidróxido de Potássio.

O Níquel é um metal branco prateado, dotado de qualidades significativas à utilização industrial, como por exemplo, a ductilidade (propriedade física de um material de suportar deformação plástica sob a ação de uma de terminada carga, sem o risco de fratura ou rompimento), ou então a maleabilidade (capacidade de ser moldado por deformação).

O níquel é um material de grande resistência mecânica à corrosão e à oxidação, possuindo ainda um sistema de oxidação isométrico (ou seja, uma forma disposta que apresenta distância igual entre seus mais diversos pontos). Seu peso específico é de 8,5 g/cm³, com um ponto de fusão localizado em aproximadamente 1453 graus Celsius, possuindo um peso atômico de 58,68. Seu número atômico é 28, valendo ao níquel um lugar entre os denominados “metais de transição“ na tabela periódica dos elementos químicos.

O cádmio é um metal reativo, logo que exposto ao observa-se o aparecimento, de manchas provavelmente, óxido de cádmio. O metal reage com ácidos diluídos liberando hidrogênio, porém não reage com hidróxidos diluídos em temperatura ambiente. É resistente a ação de produtos químicos. O cádmio em pó queima em contato com o ar.

Quando fundido o metal apresenta uma coloração azulada. Apresenta propriedades semelhantes a do zinco; todos os compostos de cádmio são extremamente venenosos e tóxicos. Não é encontrado na sua forma elementar na natureza, mas é comumente encontrado na forma de greennokite CdS. O cádmio é obtido industrialmente como subproduto da purificação eletrolítica do Cu, Pb e Zn ou por redução do CdS com Ca metálico segundo a reação.

Funcionamento

Consiste de um anodo formado por uma liga de cádmio e ferro e um catodo de hidróxido (óxido) de níquel (III) imerso em uma solução aquosa de hidróxido de potássio com concentração entre 20% e 28% em massa.

Uma célula de NiCd completamente carregada contém um eléctrodo positivo feito de óxi-hidróxido de níquel (III); um eléctrodo negativo de cádmio metálico; um separador; e um eletrólito alcalino (hidróxido de potássio). Este género de baterias possui habitualmente um envólucro metálico com uma tampa de selagem, a qual está por sua vez equipada com uma válvula de segurança de auto-selagem. As placas positiva e negativa dos eléctrodos estão isoladas uma da outra por um separador e enroladas em forma de espiral dentro do já referido envólucro. Esta disposição (denominada jelly-roll) permite que a bateria de NiCd produza uma corrente máxima bastante mais alta que uma pilha alcalina com dimensões equivalentes.

Durante o processo de descarga, o cádmio metálico é oxidado a hidróxido de cádmio no anodo:

〖Cd〗_((s))+2 〖OH〗_((aq))^- → 〖〖Cd(OH)〗_2〗_((s))+2e ̅

E o hidróxido (óxido) de níquel (III) é reduzido a hidróxido de níquel (II) hidratado no catodo:

2 〖NiOOH〗_((s))+4 〖H_2 O〗_((l))+2e ̅ →2 〖Ni(OH)〗_2.〖H_2 O〗_((s))+2 〖OH〗_((aq))^-

Resultando na seguinte reação global:

〖Cd〗_((s))+2 〖NiOOH〗_((s))+4 〖H_2 O〗_((l)) → 〖〖Cd(OH)〗_2〗_((s))+ 2 〖Ni(OH)〗_2.〖H_2 O〗_((s))

Origem dos materiais das pilhas

Níquel

O níquel aparece na forma de metal nos meteoros junto com o ferro (formando as ligas kamacita e taenita), acredita-se ainda que exista no núcleo da terra junto com o mesmo metal. Combinado é encontrado em diversos minerais como garnierita, millerita, pentlandita e pirrotita.

As minas da Nova Caledônia, Austrália e Canadá produzem atualmente 70% do níquel consumido. Outros produtores são Cuba, Porto Rico, Rússia, China e Brasil. No Brasil, as minas estão concentradas nos Estados do Piauí, Pará, Bahia e Goiás, e são exploradas pelas empresas Anglo American Brasil LTDA, Vale S.A., Mirabela Mineração e Grupo Votorantim, mas a segunda maior reserva de Níquel do mundo fica localizada em Minas Gerais na cidade de Ipanema. Baseando-se em evidências geofísicas e análises de meteoritos é suposto que o níquel ocorra em abundância no núcleo terrestre, formando ligas metálicas com o ferro.

Cádmio

É