Anodo de Bateria: Uma Visão Geral
O anodo é o eletrodo negativo ou redutor em uma bateria, responsável pela liberação de elétrons para o circuito externo e pela oxidação durante a reação eletroquímica. Atualmente, um dos materiais mais comuns para anodos é o grafite litificado, LixC6, composto por folhas de grafite intercaladas com lítio. Novos materiais baseados em silício e outras misturas elementares estão em pesquisa. O grafite litificado possui uma célula unitária com estrutura HCP.
Composição das Baterias
Baterias são feitas de uma ampla gama de materiais, resultando em diferentes capacidades e comportamentos. Os mais comuns incluem chumbo, níquel, zinco e lítio, cada um com diferentes saídas e específicos para diferentes propósitos, dependendo das necessidades. Vários tipos de células eletroquímicas foram produzidos, com processos químicos e designs variados, incluindo células galvânicas, células eletrolíticas, células de combustível, células de fluxo e pilhas voltaicas.
Baterias de Célula Úmida e Seca
Uma bateria de célula úmida tem um eletrólito líquido, conhecido como célula inundada, pois o líquido cobre todas as partes internas, ou célula ventilada, já que os gases produzidos durante a operação podem escapar para o ar. As células úmidas foram precursoras das células secas e são comumente usadas como ferramenta de aprendizado em eletroquímica. Uma célula seca usa um eletrólito em pasta, com apenas umidade suficiente para permitir o fluxo de corrente. Diferente de uma célula úmida, a célula seca pode operar em qualquer orientação sem derramar, pois não contém líquido livre, tornando-a adequada para equipamentos portáteis.
Componentes das Baterias
A composição química e material das baterias determina seu tamanho, formato e desempenho geral. Cada bateria tem uma composição diferente, mas a maioria possui componentes comuns, embora sua composição material possa variar.
Cátodo
O cátodo é o eletrodo positivo ou oxidante que adquire elétrons do circuito externo e é reduzido durante a reação eletroquímica. Nos casos de baterias de lítio, os materiais do cátodo são geralmente construídos a partir de LiCoO2 ou LiMn2O4. Para o cátodo, é importante reter uma grande quantidade de lítio sem mudança significativa na estrutura, ter uma boa estabilidade química e eletroquímica com o eletrólito, ser um bom condutor elétrico e difusor de íons de lítio, além de ser de baixo custo.
Anodo
O anodo, já mencionado, é crucial para a funcionalidade da bateria, com o grafite litificado sendo um dos materiais mais utilizados atualmente.
Eletrólito
Um eletrólito é um meio contendo íons que são eletricamente condutores através do movimento desses íons, mas não conduzem elétrons. O eletrólito da bateria é uma solução dentro das baterias. Dependendo do tipo de bateria, pode ser uma substância líquida ou semelhante a uma pasta. A escolha do eletrólito é crítica para o desempenho e segurança de todas as baterias. Em baterias de íon de lítio, o eletrólito é tipicamente um sal de lítio dissolvido em solventes orgânicos. Um bom eletrólito deve ter baixa reatividade com outros componentes da célula, alta condutividade iônica, baixa toxicidade, uma grande janela de estabilidade de voltagem eletroquímica (0-5V) e estabilidade térmica.
Separador
O separador é uma membrana permeável colocada entre o anodo e o cátodo de uma bateria. Sua função principal é manter os dois eletrodos separados para prevenir curtos-circuitos elétricos, permitindo ao mesmo tempo o transporte de portadores de carga iônica necessários para fechar o circuito durante a passagem de corrente em uma célula eletroquímica. Separadores de Li-íon devem ser eletroquímica e quimicamente estáveis em relação ao eletrólito e aos materiais do eletrodo.
Coletor de Corrente
Coletor de corrente é o componente responsável por transferir o fluxo de elétrons dos eletrodos para um circuito externo. Diversos tipos estão disponíveis: malha, espuma e folha. Para minimizar o tamanho geral e melhorar a capacidade volumétrica das células, folhas metálicas finas e leves são preferidas. Coletor de corrente é um volume eletroquimicamente inativo na célula, mas forma o substrato no qual os materiais eletroquimicamente ativos são aplicados. Materiais ativos são aplicados sobre os finos coletores de corrente com um agente condutor e um adesivo ligante. Portanto, coletores de corrente devem possuir alta condutividade elétrica para reduzir a resistência da célula, bem como estabilidade química em contato com o eletrólito líquido ao longo da janela de tensão operacional dos eletrodos.
