Como funciona uma bateria de carro e como ela é construída?

A função tradicional da bateria no compartimento do motor é bem conhecida: sem a bateria, o veículo não pode ser ligado. Além do motor de partida, as velas de ignição, as velas de incandescência, as luzes e as aplicações eletrônicas requerem energia elétrica. Mas como uma bateria é construída e como ela funciona? Para mais informações acesse: https://fortebaterias.com

Baterias de chumbo-ácido: componentes e estrutura

Muitos motoristas percebem o peso das baterias dos carros quando compram uma nova. Pesos de cerca de 10,5 kg, até 30 kg são possíveis. A razão para isso são as placas de chumbo nas células da bateria.

Componentes e estrutura de uma célula de bateria

Eletrodo positivo:

• Placa positiva: Em uma bateria de chumbo-ácido, a placa carregada positivamente (material ativo) consiste em óxido de chumbo (PbO ₂ ) que está imerso em um eletrólito.
• Grade positiva: A grade positiva consiste em uma liga de chumbo e é usada para conter o material ativo e como coletor de corrente.

Eletrodo negativo:

• Placa negativa: A placa carregada negativamente (material ativo) consiste em chumbo puro (Pb), que também está imerso em um eletrólito.
• Placa negativa: Como a placa positiva, esta também consiste em uma liga de chumbo e serve para o mesmo propósito.

Os eletrodos com cargas diferentes são separados por um saco separador. O eletrólito é uma mistura de ácido sulfúrico (H ₂ SO ₄ ) e água destilada. Esse eletrólito pode estar na forma líquida (como nas baterias úmidas convencionais ou na tecnologia EFB aprimorada), na forma de gel ou em um tapete de vidro (como na tecnologia AGM para aplicações start-stop mais recentes).

Vários eletrodos positivos formam um conjunto de placas positivas e vários eletrodos negativos formam um conjunto de placas negativas. Juntos, um conjunto de placas negativas e positivas formam um bloco de placas. Um bloco de placas é uma célula de bateria.

Uma bateria de partida convencional consiste em 6 células conectadas em série, cada uma com uma tensão nominal de 2 V, o que resulta em uma tensão de exatamente 12,72 V quando a bateria está totalmente carregada. A capacidade e a capacidade de partida a frio da bateria resultam do número de placas por célula.

Regra geral: Quanto mais placas uma célula contém e, portanto, formam uma superfície maior, maior é a potência de partida a frio (CCA) que a bateria pode fornecer. No entanto, se o espaço na célula for usado para menos placas, porém mais espessas, a estabilidade do ciclo é aumentada. Isso significa que a bateria foi projetada para um maior rendimento de carga (processo contínuo de carga e descarga).

As células estão contidas em um invólucro feito de plástico resistente a ácidos (polipropileno). Em uma bateria SLI convencional, esta é fechada com uma tampa com sistema de labirinto que evita que o fluido da bateria escape e separa o líquido do gás.

As primeiras baterias tinham plugues de rosca que permitiam que fossem completadas com água destilada. As baterias modernas são completamente livres de manutenção. A água não precisa e não deve ser reposta. Embora as baterias AGM ainda tenham “plugues unidirecionais”, eles não devem ser abertos em nenhuma circunstância.

Função da bateria do carro: a energia química torna-se energia elétrica

Uma bateria de carro armazena energia na forma química e a converte em energia elétrica. Neste processo eletroquímico, quatro materiais reagem entre si:

• Hidrogênio (H)
• Oxigênio (O ₂ )
• Chumbo (Pb)
• Enxofre (S)

A conexão de um consumidor externo inicia a reação química na bateria:

• O eletrólito, uma mistura de ácido sulfúrico (H ₂ SO ₄ ) e água destilada, se decompõe em íons de hidrogênio com carga positiva (H ⁺ ) e íons de sulfato com carga negativa (SO ₄ ^2- ).
• Ao mesmo tempo, os elétrons (2e ^– ) viajam do eletrodo negativo para o positivo através do consumidor externo.
• Para compensar esse fluxo de elétrons, os íons sulfato viajam do eletrólito para o eletrodo negativo, onde reagem com o chumbo (Pb) para produzir sulfato de chumbo (PbSO ₄ ).
• Sulfato de chumbo também é produzido no eletrodo positivo: A ligação do oxigênio (O ₂ ) no óxido de chumbo (PbO ₂ ) é quebrada pela transferência de elétrons e o oxigênio passa para o eletrólito. O chumbo restante (Pb) liga-se ao sulfato (SO ₄ ) do eletrólito.
• Lá, o oxigênio se liga ao hidrogênio para formar água (H ₂ O). À medida que o ácido sulfúrico é consumido pela formação de sulfato de chumbo, a concentração da solução eletrolítica diminui. Quando a concentração do ácido sulfúrico cai abaixo de um certo nível, a bateria deve ser recarregada.
• Durante o carregamento, os processos químicos ocorrem na sequência inversa. Ao final, encontram-se os elementos originais: O eletrodo positivo é composto por sulfato de chumbo (PbSO ₄ ), o eletrodo negativo é composto por chumbo puro (Pb) e o eletrólito é composto por ácido sulfúrico diluído (H ₂ SO ₄ ). Como esse processo de conversão está associado a perdas, uma bateria só pode suportar um número limitado de ciclos de carga. Sua vida útil é, portanto, limitada. Para mais informações acesse: https://fortebaterias.com

Problemas com baterias de chumbo-ácido: Sulfatação e camadas de ácido

Se uma bateria for carregada com uma tensão muito baixa, ou se sempre operar com uma tensão muito baixa (abaixo de 80%), ocorre a formação de camadas ácidas, também conhecidas como estratificação. O ácido no eletrólito se estratifica devido à má mistura. Várias densidades causam camadas de ácido sulfúrico na parte inferior e água na área superior da bateria. Por causa disso, apenas a seção intermediária do eletrólito, ou seja, apenas um terço, pode ser usada para o processo de descarga e carga.

Uma possível causa de camadas ácidas são principalmente viagens curtas com o uso simultâneo de um grande número de consumidores elétricos. Nesse caso, o alternador não tem tempo suficiente para recarregar a bateria.

Um resultado da formação de camadas ácidas é a sulfatação. Se isso ocorrer na bateria, ou se ela não for constantemente carregada em um nível adequado, o sulfato de chumbo (PbSO ₄ ) cristaliza nos eletrodos, formando estruturas cristalinas maiores ao longo do tempo. Este processo é conhecido como “sulfatação”. A cristalização impede a reconversão do sulfato de chumbo nos componentes originais chumbo ou óxido de chumbo, o que resulta na prevenção da aceitação de carga e redução da potência de partida a frio.

Cristais pontiagudos também podem danificar os separadores ou causar curtos-circuitos nas células.

Para neutralizar esse efeito e evitar falha prematura da bateria, uma bateria nunca deve ser submetida a um baixo nível de carga por um longo período. Para isso, é aconselhável testar a bateria regularmente e carregá-la totalmente, se necessário. Para mais informações acesse: https://fortebaterias.com

Novas tecnologias de bateria: AGM e íon de lítio

Até agora, as baterias convencionais de chumbo-ácido tiveram uma grande participação no mercado. No entanto, o mercado está mudando rapidamente : tecnologias inovadoras de bateria para veículos start-stop, como AGM , usam ácido que é ligado em uma esteira para fornecer maior estabilidade de ciclo e garantir desempenho confiável em veículos com maiores requisitos de energia. Outra vantagem do AGM: a formação de camadas ácidas não é mais possível devido ao ácido ligado.
Uma nova geração de baterias automotivas para veículos micro híbridos opera em 48V e utiliza células com tecnologia de íons de lítio.

Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Autom%C3%B3vel