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Química das baterias de chumbo-ácido

1859
  • Gaston Planté
Lead-acid battery with lead anode and lead dioxide cathode in a historical lab setting.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

A primeira bateria recarregável comercialmente bem-sucedida. Ela utiliza um ânodo de chumbo (Pb), um cátodo de dióxido de chumbo (PbO₂) e um eletrólito de ácido sulfúrico (H₂SO₄). Durante a descarga, ambos os eletrodos são convertidos em sulfato de chumbo (PbSO₄) e o ácido sulfúrico é consumido. Esse processo é quimicamente reversível pela aplicação de uma corrente externa, tornando-a um sistema de armazenamento de energia prático e robusto.

O chumbo-ácido O funcionamento da bateria baseia-se numa reação reversível de dupla sulfato. Num estado totalmente carregado, o eletrodo negativo é chumbo puro e esponjoso (Pb) e o eletrodo positivo é dióxido de chumbo (PbO₂). Ambos estão imersos num eletrólito de aproximadamente 37% de ácido sulfúrico (H₂SO₄) em água.

During discharge, the following half-reactions occur. At the anode: [latex]Pb(s) + HSO_4^-(aq) \rightarrow PbSO_4(s) + H^+(aq) + 2e^-[/latex]. At the cathode: [latex]PbO_2(s) + HSO_4^-(aq) + 3H^+(aq) + 2e^- \rightarrow PbSO_4(s) + 2H_2O(l)[/latex]. In both reactions, the active material is converted to lead sulfate, and sulfuric acid is consumed while water is produced. This consumption of sulfuric acid causes the specific gravity (density) of the electrolyte to decrease, providing a simple and effective way to estimate the battery’s state of charge using a hydrometer.

Para recarregar a bateria, aplica-se uma tensão externa, forçando as reações a ocorrerem em sentido inverso. O sulfato de chumbo na placa negativa é convertido novamente em chumbo, e o sulfato de chumbo na placa positiva é convertido novamente em dióxido de chumbo. A água é consumida e o ácido sulfúrico é regenerado, aumentando a densidade do eletrólito. Apesar da sua baixa relação energia/peso e dos riscos ambientais associados ao chumbo, o baixo custo, a confiabilidade e a capacidade de fornecer altas correntes de pico garantiram a sua utilização contínua e generalizada, especialmente em aplicações automotivas.

UNESCO Nomenclature: 2203
Eletroquímica

Tipo

Processo Químico

Interrupção

Revolucionário

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Discovery of electrolysis and the reversibility of some chemical reactions
  • Célula de Daniell e outras células galvânicas não recarregáveis
  • Desenvolvimento de geradores dínamo capazes de fornecer corrente contínua para recarga.
  • Técnicas de fabricação aprimoradas para placas de chumbo

Aplicações

  • Baterias automotivas para partida, iluminação e ignição (SLI).
  • Sistemas de alimentação ininterrupta (UPS) para centros de dados e hospitais
  • sistemas de iluminação de emergência
  • Sistemas de energia fora da rede para casas remotas
  • Propulsão para empilhadeiras e carrinhos de golfe

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • hybrid lead-carbon ultracapacitor batteries for improved cycle life and charge acceptance in micro-hybrid vehicles
  • circuito fechado recycling processes that recover lead with near 100% efficiency using green solvents
  • lead-acid batteries with gelled electrolyte containing nano-additives for enhanced performance in extreme temperatures
  • bipolar lead-acid batteries with reduced internal resistance for high-power applications
  • smart battery management systems specifically for lead-acid to prevent sulfation and extend life
  • lead-acid flow batteries for low-cost, large-scale grid storage
  • lightweight foam-based lead electrodes to improve energy density
  • self-healing additives in the electrolyte that repair micro-damage on the plates
Relacionado a: chumbo-ácido, bateria recarregável, SLI, ácido sulfúrico, dióxido de chumbo, ânodo, cátodo, Gaston Planté.

Contexto histórico

Química das baterias de chumbo-ácido

1850
1851
1852
1859
1860
1861
1865
1850
1850
1851
1854
1859
1861
1865
1868

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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