PILHAS E BATERIAS. Estudo da capacidade disponível para pilhas recarregáveis MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA ELETROTÉCNICA E DE COMPUTADORES

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1 PILHAS E BATERIAS Estudo da capacidade disponível para pilhas recarregáveis 1MIEEC01_04 André Galiza ( ) Daniel Gonçalves ( ) Isa Almeida ( ) Mário Carvalho ( ) Tiago Pereira ( ) MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA ELETROTÉCNICA E DE COMPUTADORES Supervisor: Professor Paulo Costa Monitor: Jorge Bessa Porto, Outubro de 2014

2 RESUMO Este Relatório foi realizado pelos elementos acima referidos durante as primeiras semanas do semestre no âmbito da Unidade Curricular Projeto FEUP. A integração de todos os novos alunos na Faculdade é um dos objetivos deste projeto, mas a compreensão do tema proposto por parte de quem procura a informação faz também parte da essência desta Unidade Curricular. Este Relatório Técnico iniciou-se por uma breve história acerca da pilha, desde a primeira utilização até às que atualmente conhecemos, fazendo uma breve referência à sua estrutura e caraterísticas, bem como a diferença entre pilha e bateria. Após essa breve alusão, aprofundou-se acerca dos tipos de pilha, Níquel-Metal (NiMH) e Zinco Carbono (ZnC), mais concretamente sobre os fatores que influenciam a eficiência e a durabilidade da pilha. Através do estudo prático dos dois tipos de pilha referidos anteriormente, foi possível perceber qual era a mais duradoura e a mais recomendável, dependendo do tipo de utilização. Finalmente, perspetivou-se o que as novas tecnologias da pilha podem vir a aprimorar o nosso dia-a-dia, bem como a sua reciclagem, concluindo-se, sumariamente, que quanto mais reciclarmos, menos o solo será explorado, visto que os materiais das pilhas usadas podem ser reutilizados em pilhas com nova vida. PALAVRAS-CHAVE Pilha; Bateria; Elétrodo; NiMH; ZnC. PILHAS E BATERIAS - ESTUDO DA CAPACIDADE DISPONÍVEL PARA PILHAS RECARREGÁVEIS 1

3 AGRADECIMENTOS O grupo quer desde já agradecer a todos os envolvidos na realização deste projeto, com especial destaque ao supervisor Paulo Costa e ao monitor Jorge Bessa, pelo incrível apoio prestado e pelo tempo despendido no auxílio do trabalho realizado. Uma palavra de apreço também a todos os intervenientes na semana Projeto FEUP, pelas palestras e conselhos fornecidos, que contribuíram para um trabalho mais rico e mais completo, de forma a poder oferecer o máximo de qualidade no dia da apresentação final. Por fim, um muitíssimo obrigado à Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto por todos os materiais e serviços presenteados, fundamentais para que o desenvolvimento deste projeto fosse um sucesso. PILHAS E BATERIAS - ESTUDO DA CAPACIDADE DISPONÍVEL PARA PILHAS RECARREGÁVEIS 2

4 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 Pilha de Bagdad 7 Figura 2 Pilha de Volta 8 Figura 3 - Diferença entre pilha e bateria (em série ou em paralelo) 10 Figura 4 - Estrutura da pilha 10 Figura 5 - Pilha Zinco-Carbono com revestimento de Manganês 12 Figura 6 - Pilha Níquel-Metal-Hidreto 13 Figura 7 Reciclagem 21 Figura 8 Pilhão 21 ÍNDICE DE GRÁFICOS Gráfico 1: Voltagem da pilha A (300 mah) ao longo do tempo 15 Gráfico 2: Voltagem da pilha A (550 mah) ao longo do tempo 16 Gráfico 3: Voltagem da pilha A (1100 mah) ao longo do tempo 16 Gráfico 4: Voltagem da pilha B (300 mah) ao longo do tempo 17 Gráfico 5: Voltagem da pilha B (550 mah) ao longo do tempo 17 Gráfico 6: Voltagem da pilha B (1100 mah) ao longo do tempo 18 ÍNDICE DE TABELAS Tabela 1: Categoria e tamanhos de diferentes pilhas 11 PILHAS E BATERIAS - ESTUDO DA CAPACIDADE DISPONÍVEL PARA PILHAS RECARREGÁVEIS 3

5 ÍNDICE Lista de acrónimos 5 Glossário 5 Introdução 6 História 7 Diferença entre pilha e bateria 10 Estrutura 10 Tabela de tamanhos 11 Tipos de pilha 11 Zinco-Carbono 12 Níquel-Metal-Hidreto 13 Fatores que influenciam a duração das pilhas NiMH 14 Tratamento de dados 15 Eficiência das pilhas 19 Reciclagem 21 Futuro 21 Conclusão 22 Referências bibliográficas 23 PILHAS E BATERIAS - ESTUDO DA CAPACIDADE DISPONÍVEL PARA PILHAS RECARREGÁVEIS 4

6 LISTA DE ACRÓNIMOS NiMh: Níquel-Metal-Hidreto; ZnC: Zinco-Carbono; NiCd: Níquel-Cádmio; NiOOh: Oxi-Hidróxido de Níquel; mah: miliampere-hora; cm 3 : centímetro cúbico. GLOSSÁRIO Eletrólito: substância que se dissolve para dar uma solução que conduz eletricidade; Eletrostática: estudo das cargas elétricas em repouso; Elétrodo: terminal utilizado para conectar um circuito elétrico a uma parte metálica/não metálica ou a uma solução aquosa pólo ; PILHAS E BATERIAS - ESTUDO DA CAPACIDADE DISPONÍVEL PARA PILHAS RECARREGÁVEIS 5

7 INTRODUÇÃO A pilha é, sem dúvida alguma, um elemento ativo e fundamental nas nossas vidas. Podemos não ter uma grande perceção, mas a pilha está presente em grande parte das ferramentas que usamos diariamente, desde o comando da televisão até ao telefone sem fios. Podemos afirmar, com grande convicção, que esta é usada por todos, pelo mais novo na sua figura de ação falante, pelo adolescente para fazer uma conta na sua máquina de calcular, pelo trabalhador para consultar o seu relógio e pelo idoso para ouvir o jogo da sua Seleção, através do rádio. Ela está sempre presente, de forma direta, mesmo que não nos apercebamos desse facto. Mas, para a pilha ser o que é hoje, foi preciso uma grande dedicação em torno desta pequena célula de energia, não só para se obter uma maior capacidade e, consequentemente, um maior proveito dela, mas também para se alcançar uma pilha de dimensões mais reduzidas. Contudo, apesar das eficazes transformações realizadas, a pilha tem vindo a evoluir muito pouco nos últimos tempos, não havendo um grande motivo para a sua utilização em vez da bateria que, apesar de ser de maiores dimensões, proporciona uma utilização mais duradoura, devido a possuir valores de intensidade e de descarregamento de maior valia em relação à pilha. PILHAS E BATERIAS - ESTUDO DA CAPACIDADE DISPONÍVEL PARA PILHAS RECARREGÁVEIS 6

8 HISTÓRIA Acredita-se que o uso de pilhas tenha começado há 2000 anos atrás após a descoberta de um instrumento num túmulo na zona de Bagdad, Israel. Este artefacto era um jarro selado que continha uma barra de ferro no centro, envolta numa chapa de cobre. As suas dimensões eram um pouco superiores às das pilhas atuais (altura - 15 cm; diâmetro - 4cm; comprimento - 12 cm). A partir desta descoberta realizaram-se inúmeros ensaios de réplicas e estas produziram desde 1,5V a 2V entre os dois metais, tendo ficado denominada por pilha de Bagdad Figura 1 Pilha de Bagdad. Sir William Watson provou que era possível que uma corrente podia ser enviada através de um fio longo utilizando a terra como outro meio condutor do circuito. Atualmente, este fenómeno denomina-se por uma descarga eletrostática Luigi Galvani, ao realizar uma dissecação de uma rã, onde se encontrava uma máquina eletrostática ao lado, repara na reação dos músculos das pernas da rã ao tocar com um bisturi no nervo desta. Neste momento, sucedeu-se o contacto entre dois metais diferentes numa superfície húmida (rã) o que levou à contração dos músculos do anfíbio. Após esta observação, Galvani passa a defender a teoria da eletricidade animal, em que defende que os metais eram apenas condutores da eletricidade, pensando que esta pertenceria aos músculos da rã. PILHAS E BATERIAS - ESTUDO DA CAPACIDADE DISPONÍVEL PARA PILHAS RECARREGÁVEIS 7

9 1800 Com base nos estudos de Galvani, Volta propõe uma alternativa à teoria de Galvani: a eletricidade era gerada pelo contacto entre dois metais diferentes. Desta forma, cria a primeira pilha elétrica, conhecida por pilha de Volta, pilha Galvânica ou pilha voltaica, constituída por diversas camadas de prata, papel humedecido em sal e zinco. Alessandro Volta desenvolve o conceito da série eletroquímica que vai classificar o potencial produzido no contacto dos vários metais no eletrólito. (Universidade Estadual de Campinas s.d.) 1859 Figura 2 Pilha de Volta Raymond Gaston Plante, no seu primeiro modelo de acumulador - Planté, colocou duas tiras de folha de chumbo separadas por pedaços de borracha imergidos numa solução de ácido sulfúrico, sendo necessário um separador melhorado para resistir ao ácido. Desta forma, a capacidade de fornecimento de corrente aumenta ao carregar e descarregar alternadamente esta célula. PILHAS E BATERIAS - ESTUDO DA CAPACIDADE DISPONÍVEL PARA PILHAS RECARREGÁVEIS 8

10 1866 A primeira pilha que Georges Leclanché desenvolveu, reconhecida como pilha seca porque até esta ser inventada, as pilhas existentes só usavam soluções aquosas. Além disso esta pilha é também denominada como pilha de zinco-carbono visto que é constituída por um invólucro de zinco (pólo negativo) e uma barra de grafite envolvida por dióxido de manganês. (Pinto s.d.) 1881 (Fogaça s.d.) Camille Faure criou uma bateria de ácido forma de revestimento de folhas de chumbo fundido com pasta de óxido de chumbo, ácido sulfúrico e água que melhorou a capacidade de fornecer a corrente comparativamente às baterias anteriores. Esta nova vantagem levou ao fabrico em escala industrial desta bateria. Henri Tudor, apoiando-se em Plante e Faure, juntou a pasta de óxido de chumbo à grade fundida em chumbo, onde obteve bons resultados que levou ao desenvolvimento de vários tipos de grades para melhorar a retenção dos constituintes da pilha (Reis s.d.) Thomas Edison desenvolve uma bateria destinada ao uso industrial e ferroviário que tem como principal constituintes níquel-ferro. É reconhecida pela sua durabilidade (Sólido s.d.) Jungner e Berg, na Suécia, desenvolveram a bateria níquel-cádmio semelhante ao trabalho de Edison, no entanto no lugar do ferro usou-se cádmio. Esta bateria funcionou melhor a baixas temperaturas e a sua autodescarga era menor face à bateria de Edison, e pode ser carregada a uma taxa muito menor Samuel Ruben inventou a bateria de óxido de zinco-mercúrio, que se veio a tornar mais tarde Duracell. PILHAS E BATERIAS - ESTUDO DA CAPACIDADE DISPONÍVEL PARA PILHAS RECARREGÁVEIS 9

11 DIFERENÇA ENTRE PILHA E BATERIA As pilhas e as baterias são dispositivos nos quais uma reação espontânea de oxidação-redução produz corrente elétrica. Ainda existe um pouco de confusão entre os termos pilha e bateria, mas então qual é a diferença? A unidade eletroquímica básica capaz de gerar energia elétrica é chamada de célula. A pilha é composta por uma única célula. As baterias, por outro lado, são sistemas compostos pela associação de duas ou mais células conectadas em série (pólo positivo conetado ao pólo negativo) ou paralelas (pólos positivos conetados entre si, e negativos conetados entre si). No entanto, este termo é comum ser utilizado para uma única pilha também (bateria). A maior parte dos aparelhos que usa pilhas necessita, quase sempre, de mais do que uma pilha. As pilhas podem associar-se em série e paralelo. Nas ligações em série a tensão aumenta, nas ligações em paralelo pode-se fornecer maior corrente, porém a tensão mantêm-se igual a cada uma das pilhas individualmente. Figura 3 - Diferença entre pilha e bateria (em série ou em paralelo). ESTRUTURA (Arcanjo s.d.) A estrutura de uma pilha pode ser divida em três partes: 1. Elétrodos - são os condutores de corrente da pilha: - Ânodo: elétrodo positivo de uma pilha. - Cátodo: elétrodo negativo de uma pilha. 2. Eletrólito - é a solução que age sobre os elétrodos. 3. Recipiente - guarda o eletrólito e suporta os elétrodos. Figura 4 - Estrutura da pilha (Arcanjo s.d.) PILHAS E BATERIAS - ESTUDO DA CAPACIDADE DISPONÍVEL PARA PILHAS RECARREGÁVEIS 10

12 TABELA DE TAMANHOS Atualmente, as pilhas são rotuladas segundo uma tabela. Conforme o seu tamanho podem ser introduzidas em diferentes categorias. Foram criados vários formatos e tamanhos de pilhas ao longo da humanidade. Hoje em dia, os tipos de pilhas mais usados são: AA, AAA, C, D, 9V. Categoria Comprimento (mm) Diâmetro (mm) AAA 44,5 10,5 AA 50,5 14,5 C 50,0 26,2 D 61,5 34,2 Tabela 1: Categoria e tamanhos de diferentes pilhas A pilha de 9V já não segue os mesmos padrões acima referidos, por se tratar de uma pilha retangular. As suas dimensões são as seguintes: Altura: 48,5mm Largura 17,5mm Comprimento 26,5mm. Embora a capacidade seja diretamente proporcional à dimensão da pilha, a tecnologia e o material que constituem a pilha definem a sua capacidade, não existindo assim uma tabela para esse efeito. Consequentemente, a tensão também é variável. TIPOS DE PILHA Pilha primária (não recarregável): é uma pilha na qual as reações químicas acabam por destruir um dos elétrodos, normalmente o negativo. A pilha primária não pode ser recarregada. Pilha secundária (recarregável): é uma pilha na qual as ações químicas alteram os elétrodos e o eletrólito. Os elétrodos e o eletrólito podem ser restaurados à sua condição original pela recarga da pilha. Estas pilhas também se denominam como acumuladores. PILHAS E BATERIAS - ESTUDO DA CAPACIDADE DISPONÍVEL PARA PILHAS RECARREGÁVEIS 11

13 ZINCO-CARBONO (ZnC) CARATERÍSTICAS: As pilhas de ZnC são as baterias primárias com o mais baixo custo de produção do mercado, sendo habitualmente incluídas em produtos elétricos vendidos com pilhas. Estas pilhas de uso geral podem ser utilizadas em comandos (de TV e consolas), lanternas, relógios, rádios e outros tipos de aparelhos cuja potência elétrica não seja muito elevada. As células de zinco-carbono são mais propensas a fugas pelo facto do ânodo (pólo negativo) ser o próprio contentor do eletrólito. VANTAGENS: Baixo Custo e não poluem o meio ambiente. DESVANTAGENS: Durabilidade reduzida e os vazamentos provocados pela pilha podem danificar os aparelhos. FUNCIONAMENTO: Uma pilha seca comum é formada por um elétrodo de zinco, que também é o invólucro metálico da pilha, e um elétrodo central e cilíndrico de carvão. A separar os dois elétrodos, existe uma pasta gelatinosa à base de cloreto de amónio, que constitui o eletrólito da pilha. Ao completar-se o circuito elétrico externo, a corrente é criada através da ação do eletrólito sobre o zinco, que constitui o elétrodo ou pólo negativo do aparelho. A ação química liberta átomos de hidrogénio que se acumulam na superfície do pólo positivo. Essa ação, chamada polarização, faz diminuir progressivamente a produção de corrente, acabando por tornar a pilha inútil ou "descarregada". Para retardar o máximo possível os efeitos dessa polarização, costuma-se colocar entre o eletrólito e o elétrodo positivo uma camada de mistura despolarizante (como na pilha ilustrada na figura 5), geralmente, dióxido de manganês. APLICAÇÃO: As pilhas secas são usadas para produzir correntes pequenas, em serviços contínuos, ou quando se deseja corrente moderada e serviço intermitente. Assim, são usadas em baterias de rádios portáteis, telefones, brinquedos, lanternas, entre outros objetos de pequenas dimensões. Figura 5 - Pilha ZnC com revestimento de Manganês Tensão: 1.5V; (Arcanjo s.d.) PILHAS E BATERIAS - ESTUDO DA CAPACIDADE DISPONÍVEL PARA PILHAS RECARREGÁVEIS 12

14 NÍQUEL-METAL-HIDRETO (NiMH) Figura 6 - Pilha Níquel-Metal-Hidreto CARATERÍSTICAS: São o tipo de pilha recarregável mais comum encontrada no mercado. Foram precedidas pelas pilhas de NiCd. Usam elétrodos positivos de NiOOH como as pilhas de NiCd, no entanto usam uma liga absorvedora de hidrogénio no elétrodo negativo. Possuem 3 a 4 vezes mais capacidade do que as pilhas de NiCd e a sua densidade de energia, que é de aproximadamente 100 W-h/kg, aproxima-se das pilhas de lítio. Um dos grandes problemas das pilhas de NiMh é o descarregamento quando não estão a ser usadas. Estima-se que estas percam até 3% da sua carga por mês de repouso. Além disso, o completo descarregamento pode levar a uma inversão de polaridade na pilha, o que pode causar danos aos equipamentos que a estejam a utilizar. TENSÃO: Opera usualmente com uma voltagem de 1,2V, um pouco menor que a pilha usual de 1,5V. É possível encontrar pilhas de NiMH com mais de 2000mAh. VANTAGENS: Têm uma capacidade de armazenamento de energia 3 a 4 vezes maior que as pilhas de NiCd. São mais fáceis de reciclar e apresentam um menor impacto ambiental que as anteriores por não usarem o elétrodo de cádmio. Têm uma boa relação qualidade-preço em função do preço elevado das baterias de lítio. DESVANTAGENS: Têm um problema sério de descarregamento quando estão em repouso. Apresentam o perigo de inversão de polaridade. FUNCIONAMENTO: Ocorre a formação de água e a quebra da ligação metal com o hidrogénio no elétrodo negativo, enquanto há uma transferência de eletrões para o elétrodo positivo. APLICAÇÃO: Usadas em dispositivos de alto consumo como câmaras digitais, GPS s, calculadoras e também no mercado automóvel, em veículos elétricos. (Arcanjo s.d.) PILHAS E BATERIAS - ESTUDO DA CAPACIDADE DISPONÍVEL PARA PILHAS RECARREGÁVEIS 13

15 FATORES QUE INFLUENCIAM A DURAÇÃO DA PILHA NiMh Em relação à pilha níquel-metal-hidreto, o uso que lhe é dado tem efeitos significativos que decidem a sua durabilidade. Normalmente, a duração destas pilhas é cerca de dois a cinco anos. Quanto a este assunto, destacaram-se alguns destes fatores que influenciam a vida desta bateria, dos quais vamos proceder à sua enumeração: Grau de sobrecarga A determinação do grau adequado de sobrecarga para a alimentação de uma bateria é influenciada pelo uso que lhe é dado. A sobrecarga da pilha é fundamental para garantir que carrega na sua totalidade como também para garantir o seu equilíbrio, no entanto a manutenção de correntes de carga durante longos períodos de tempo pode contribuir para reduzir a sua duração. Exposição a altas temperaturas Dentro da pilha estão a ocorrer reações de oxidação-redução que são aceleradas com o aumento da temperatura o que leva ao desgaste da mesma. Além disso, as altas temperaturas influenciam a aceitação da carga no processo de carregamento levando à sua redução. Reversão da bateria A descarga das pilhas NiMh é realizada, na sua maioria, em sentido inverso o que pode reduzir a vida útil das baterias, especialmente se esta descarga se torna rotineira. Armazenamento prolongado sob carga Nos casos em que se mantem a carga constante da pilha e não esta não atinge a descarga total durante um determinado período de tempo pode causar alterações imutáveis na composição química da bateria e consequentemente promover a limitação da sua durabilidade. PILHAS E BATERIAS - ESTUDO DA CAPACIDADE DISPONÍVEL PARA PILHAS RECARREGÁVEIS 14

16 TRATAMENTO DE DADOS Atualmente, a quantidade de aparelhos que necessitam de um meio de energia móvel para funcionarem é cada vez maior. E com o desenvolvimento desses aparelhos, a exigência de energia por parte deles também aumenta. Neste relatório, vamos analisar duas pilhas NiMh usadas, fazendo as nossas próprias conclusões e comparando dados, nomeadamente entre dados reais e dados fornecidos pelo fabricante. À primeira vista, a vantagem que as pilhas NiMh têm em relação às de Zinco-Carbono é o facto de serem recarregáveis. Mas ao serem recarregáveis, isto quer dizer que irão ter um período de vida (até que eventualmente ficam com uma eficiência energética muito baixa). Estes dados serão essencialmente úteis para compreender um pouco melhor o comportamento de pilhas NiMh com algum uso. Pilha A 300 mah Voltagem(V) NiMH C Gráfico 1: Voltagem da pilha A (300 mah) ao longo do tempo; Tempo(s) Descarga: 300mAh (0,27C); Capacidade média: 994,69mAh; Tempo de descarga: 1Hora e 54 minutos e 35 segundos. PILHAS E BATERIAS - ESTUDO DA CAPACIDADE DISPONÍVEL PARA PILHAS RECARREGÁVEIS 15

17 Pilha A 550 mah Voltagem(V) NiMH - 0.5C Descarga: 550mAh (0,5C); Capacidade média: 948,14mAh; Tempo de descarga: 1 hora, 2 minutos e 50 segundos. Tempo(s) Gráfico 2: Voltagem da pilha A (550 mah) ao longo do tempo; Pilha A 1100 mah Descarga: 1100mAh (1C); Capacidade média: 845,94mAh; Tempo de descarga: 31 minutos e 10 segundos. Gráfico 3: Voltagem da pilha A (1100 mah) ao longo do tempo; PILHAS E BATERIAS - ESTUDO DA CAPACIDADE DISPONÍVEL PARA PILHAS RECARREGÁVEIS 16

18 Pilha B 300 mah Descarga: 300mAh (0,27C); Capacidade média: 1013,4mAh; Tempo de descarga: 1 hora e 46 minutos. Gráfico 4: Voltagem da pilha B (300 mah) ao longo do tempo; Pilha B 550 mah Descarga: 550mAh (0,5C); Capacidade média: 959,3mAh; Tempo de descarga: 1 hora, 1 minuto e 35 segundos. Gráfico 5: Voltagem da pilha B (550 mah) ao longo do tempo; PILHAS E BATERIAS - ESTUDO DA CAPACIDADE DISPONÍVEL PARA PILHAS RECARREGÁVEIS 17

19 Pilha B 1100 mah Descarga: 1100mAh (1C); Capacidade média: 862,2mAh; Tempo de descarga: 32 minutos e 40 segundos. Gráfico 6: Voltagem da pilha B (1100 mah) ao longo do tempo; A capacidade média de cada pilha foi calculada através da expressão: Legenda: Cm = Área Δt T Cm capacidade média (mah); Δt tempo de descarga (segundos); Área Área do gráfico (voltagem/tempo); T -Tensão (1,2V). Uma pilha de NiMh, geralmente, apresenta uma capacidade média de 1500mAh. Este seria o caso para uma pilha completamente nova e carregada. Ou seja, pelos valores obtidos da capacidade média concluímos que as pilhas analisadas já se encontravam bastante gastas, apresentando por isso valores bastante inferiores em relação a uma pilha nova. PILHAS E BATERIAS - ESTUDO DA CAPACIDADE DISPONÍVEL PARA PILHAS RECARREGÁVEIS 18

20 EFICIÊNCIA DAS PILHAS Tanto a capacidade das pilhas como a das baterias é determinada com base no produto de dois parâmetros: corrente e duração da descarga. O valor do produto é expresso por unidades de medida especiais, o ampere-hora (Ah) e o miliampere-hora (mah). A carga acumulada por uma pilha ou por uma bateria pode ser expressa na forma de densidade de energia, definida em watt-hora por quilo de peso ou em watthora por centímetro cúbico (cm 3 ) de volume. Para escolher o tipo de pilha ou bateria para determinado aparelho, é preciso ter em mente o nível mínimo de tensão que esse aparelho pode suportar. Esse nível mínimo é chamado nível-limite de tensão. Naturalmente, quanto mais alto for para determinado aparelho, mais curta será a vida útil da pilha ou bateria usada para alimentá-lo. Não é difícil definir com relativa precisão o limite de tensão de pilhas de mercúrio ou prata. Estas geralmente operam com cargas fracas em relação a outros tipos de pilha, mas essa carga mantém-se constante em cerca de 95% da sua vida útil, apresentando uma queda brusca a partir daí. Pelo contrário, nas pilhas de zinco-carbono, a determinação do limite de tensão é mais difícil, pois a queda de tensão na pilha, durante a descarga, aumenta irregularmente com o passar do tempo. Um outro dado importante na questão da determinação do limite de tensão é o da "recuperação da tensão". Este fenómeno ocorre nos aparelhos de funcionamento intermitente, pois as baterias tendem a recarregar enquanto estes estão desligados. Nesses casos, as pilhas de zinco-carbono apresentam uma apreciável recuperação de tensão, a ponto de duplicar o seu período de vida útil, com a passagem de uma carga constante a uma carga intermitente. PILHAS E BATERIAS - ESTUDO DA CAPACIDADE DISPONÍVEL PARA PILHAS RECARREGÁVEIS 19

21 As pilhas de ZnC, que apresentam no geral, a forma de um cilindro cujo volume determina a quantidade de energia que elas podem fornecer. O pólo negativo é formado pelo invólucro externo, enquanto o cilindro central de carbono, coberto por um capuz metálico e isolado do invólucro, constitui o pólo positivo. As pilhas NiMh são o tipo mais usado atualmente, pois oferecem maior capacidade, maior tempo de vida, suportam mais recargas comparado com as de NiCd (dependendo do fabricante, isso pode não ser verdade) e são menos poluentes, já que não utilizam materiais pesados, como o cádmio. Outra vantagem é a não existência do efeito memória. As pilhas de níquel-metal são mais caras que as pilhas de zinco-carbono, podendo custar o dobro e, por vezes, o triplo. As pilhas de níquel-metal tendem a descarregar de uma forma mais uniforme e constante ao longo do tempo, ao contrário das pilhas de zinco-carbono em que não é previsível o seu descarregamento ao longo da sua vida útil. É possível fazer com que uma pilha dure mais tempo, apenas temos que atender ao aparelho onde vamos colocar a pilha, ver as suas caraterísticas como a voltagem, por exemplo. Efeito memória, também conhecido como vício da bateria, ocorre em algumas baterias mais antigas como as níquel cádmio (NiCd), enquanto em outros tipos não, como é o caso das de íon lítio. Sem o devido cuidado nas recargas, as baterias propensas ao efeito, parecem adquirir uma capacidade de carga cada vez menor. Para aumentar a vida útil das baterias sujeitas ao efeito, deve-se sempre descarregá-las até que a tensão atinja o valor indicado pelo fabricante antes de submetê-las a um novo ciclo de carga. Outros problemas que afetam a capacidade de carga das baterias são comumente confundidos com o efeito memória, entre os quais podemos citar o envelhecimento da bateria, devido a reações químicas secundárias, perda de eletrólito, curtos-circuitos internos e a reversão de polaridade das células. PILHAS E BATERIAS - ESTUDO DA CAPACIDADE DISPONÍVEL PARA PILHAS RECARREGÁVEIS 20

22 RECICLAGEM Uma das grandes vantagens em reciclar pilhas é evitar a poluição que pode advir da deposição de pilhas ao ar livre e no meio ambiente. Nestes casos, as pilhas libertam componentes tóxicos (cádmio, chumbo, mercúrio) que contaminam o ambiente, nomeadamente o solo, fauna e flora da região circundante. Além disso, também podem trazer problemas à saúde humana. Desta forma, existem diversos pontos de recolha de pilhas em centros comerciais, espaços públicos, na rua, pontos esses que cada vez mais se encontram em maior número. Reciclar também significa recuperar e reutilizar materiais que são usados no fabrico das pilhas (por exemplo: zinco, aço, carbono, manganês), que voltam a ser usados na produção de novas pilhas. Assim, deixa de existir a necessidade de se extrair estes materiais do solo, o que poupa recursos naturais para gerações futuras e contribui para a sustentabilidade dos mesmos. Figura 7 - Reciclagem Figura 8 Pilhão FUTURO Há medida que os aparelhos eletrónicos têm evoluído, a bateria que lhes fornece energia não tem acompanhado esse desenvolvimento. Para resolver este problema tem vindo a ser usada uma bateria maior, em vez de melhor, para os alimentar. Nos últimos 150 anos, comparando com outros progressos feitos nas várias áreas tecnológicas, a pilha não evoluiu de forma significativa. Não existem maneiras economicamente viáveis para se conseguir reduzir o tamanho das pilhas e manter a mesma capacidade. Para existir inovação, a tecnologia tem de se adaptar aos tempos de hoje e circundar esta limitação. PILHAS E BATERIAS - ESTUDO DA CAPACIDADE DISPONÍVEL PARA PILHAS RECARREGÁVEIS 21

23 CONCLUSÃO É possível perceber, no final deste relatório, que apesar de a pilha não estar muito evoluída nos tempos de hoje, conseguimos encontrar a que mais se adequa à situação em que nos encontramos. Enquanto as de NiMH são mais vantajosas a longo prazo em relação às de ZnC, as primeiras chegam a ser muito mais dispendiosas que as últimas referidas. Através das medições efectuadas ao longo do trabalho, é possível retirar alguns factos e mesmo algumas deduções. A exposição a altas temperaturas e a sobrecarga são fatores que influenciam negativamente o correto funcionamento da pilha, devendo esta, por isso, permanecer em locais secos e de temperatura amena, bem como não estando a ser usada, não ser exposta a sobrecargas desnecessárias. Para finalizar, a pilha merecia, efetivamente, um maior apreço a nível da investigação. O facto de se aumentar o tamanho da pilha para fornecer maiores quantidades de energia não é uma solução viável, apesar de cumprir a sua função. Por isso, era importante encontrar uma forma de garantir uma maior entrega de energia, mantendo o tamanho ou, se possível, diminuindo. PILHAS E BATERIAS - ESTUDO DA CAPACIDADE DISPONÍVEL PARA PILHAS RECARREGÁVEIS 22

24 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Arcanjo, José. s.d. Data de acesso: 9 de Outubro de 2014 Fogaça, Jennifer. s.d. Data de acesso: 9 de Outubro de 2014 Pinto, Ricardo. s.d. Data de acesso: 10 de Outubro de 2014 Reis, Evandro. s.d. eriasdechumboacidonolestedeminas.pdf Data de acesso: 11 de Outubro de 2014 Laboratório de Química do Estado Sólido. s.d. news_2012/lqes_news_novidades_1646.html Data de acesso: 12 de Outubro de 2014 Universidade Estadual de Campinas, Brasil. s.d. Data de acesso: 12 de Outubro de 2014 PILHAS E BATERIAS - ESTUDO DA CAPACIDADE DISPONÍVEL PARA PILHAS RECARREGÁVEIS 23