Bateria de chumbo-ácido

Uma bateria de chumbo-ácido armazena eletricidade em placas de chumbo e de dióxido de chumbo mergulhadas em ácido sulfúrico diluído, devolve-a como corrente e pode ser recarregada centenas de vezes. Gaston Planté construiu a primeira célula em 1859; as placas empastadas de Camille Faure fizeram dela um produto industrial em 1881, e ela ainda dá a partida na maioria dos carros do mundo.

O que é

Uma bateria de chumbo-ácido guarda a eletricidade em forma química e a devolve como corrente, centenas de vezes seguidas. Cada célula tem placas de chumbo em ácido sulfúrico diluído e fornece cerca de dois volts. Uma bateria de carro junta seis células em série numa só caixa: doze volts.

O físico francês Gaston Planté construiu em 1859 a primeira célula recarregável: ela voltava a carregar quando se fazia passar corrente no sentido inverso. Em 1881, Camille Faure mudou o preparo das placas, revestindo-as com óxido de chumbo, de modo que as células ficavam prontas mais cedo e podiam ser fabricadas em série. A reação no interior continua sendo a de Planté.

Como funciona

Uma placa empastada: a pasta de óxido de chumbo é prensada numa grade de chumbo moldado, que a mantém no lugar.

As placas positivas (1) levam dióxido de chumbo, um pó marrom-escuro. As negativas (2) levam chumbo esponjoso, cinzento e cheio de poros para que o ácido alcance o máximo de metal. Os separadores (3) impedem que se toquem, e o eletrólito (4), ácido sulfúrico diluído em água, preenche todos os espaços.

Na descarga, o chumbo e o dióxido de chumbo das placas reagem com o ácido e se transformam em sulfato de chumbo, enquanto as grades de chumbo conduzem a corrente. Os elétrons saem da placa negativa e chegam à positiva pelo circuito externo, onde alimentam a lâmpada ou o motor. A reação consome ácido e produz água, por isso o eletrólito fica mais fraco à medida que a célula se esvazia: numa bateria de partida, sua densidade relativa (em relação à água) cai de cerca de 1,265 para cerca de 1,12.

A carga faz a reação andar ao contrário. A corrente de um gerador, de um painel solar ou de um carregador ligado à rede transforma o sulfato de volta em chumbo e dióxido de chumbo, e o ácido retorna ao líquido. No fim resta pouco sulfato, e parte da corrente decompõe a água: o hidrogênio borbulha nas placas negativas, o oxigênio nas positivas. É por isso que as baterias abertas perdem água e as salas de carga precisam de ventilação.

A capacidade é medida em ampères-hora (Ah): uma bateria de 60 Ah fornece 3 A durante cerca de 20 horas, o período usual de referência, e menos se for descarregada mais depressa. O sulfato deixado semanas numa placa descarregada pode crescer em cristais duros que uma carga comum talvez já não desfaça, e as descargas profundas desgastam a matéria ativa. Numa comparação da Battery University, uma bateria de partida esvaziada por completo a cada vez durou de 12 a 15 ciclos, contra 130 a 150 quando só se usava 30% da carga.

Como fazer

Fabricar células exige lidar com chumbo derretido e ácido concentrado; por isso esta seção trata de como escolher, carregar e cuidar de uma bateria comprada.

Dimensionar pelo consumo. Uma cabana acende todo dia três lâmpadas LED de 5 W durante cinco horas e um rádio de 10 W durante três: 75 + 30 = 105 watts-hora, cerca de 9 Ah em 12 V. Conte com dois dias sem recarga (18 Ah) e não use mais da metade da capacidade: são precisos pelo menos 36 Ah. Escolha uma bateria de ciclo profundo de 40 a 50 Ah, porque o frio também reduz a capacidade.

Carregar na tensão certa. Use um carregador feito para a tensão e o tipo da bateria (aberta, AGM ou de gel) e siga o perfil de carga do fabricante. A cerca de 25 °C, uma bateria aberta de 12 V costuma ser carregada até 13,8–14,7 V, conforme o modelo, e depois mantida a cerca de 13,5 V; um bom carregador ajusta a tensão de carga à temperatura da bateria. Com um painel solar, ponha um controlador de carga entre o painel e a bateria. Seja qual for a fonte de carga, instale um fusível adequado ao cabo perto do borne positivo e proteja cada circuito que alimenta um aparelho. Recarregue logo depois de cada uso e nunca carregue uma bateria congelada.

Aperta-se a pera, aspira-se o ácido de uma célula e observa-se a que altura a boia flutua: quanto mais denso o ácido, mais carregada a célula.

Verificar o estado de carga. Deixe a bateria desligada em repouso pelo menos quatro horas, de preferência um dia, e meça a tensão entre os bornes. Por exemplo, uma bateria de partida a 26 °C, após um dia de repouso, marca cerca de 12,65 V cheia e cerca de 11,9 V vazia; cada modelo é diferente, por isso use a tabela do fabricante. Nas baterias abertas, um densímetro mede cada célula: nessa mesma bateria, cerca de 1,265 cheia e cerca de 1,12 vazia.

Completar só com água destilada. Acrescente água destilada até a marca depois da carga, com a bateria já fria; se as placas estiverem descobertas antes da carga, coloque só o suficiente para cobri-las. Nunca acrescente ácido. As baterias seladas AGM e de gel não precisam de água.

Limpar, guardar, reciclar. Escove a crosta dos bornes com água e bicarbonato de sódio sem deixar entrar nas células, depois seque e passe graxa nos polos. Guarde a bateria carregada, em lugar fresco e seco; verifique a tensão mais ou menos uma vez por mês e recarregue-a antes que caia abaixo de cerca de 12,3 V, ou do limite indicado pelo fabricante, e pelo menos a cada seis meses. Leve a bateria usada a um revendedor ou a um ponto de coleta.

Segurança. O ácido da bateria queima a pele e os olhos: use óculos de proteção e luvas resistentes a ácido. Se espirrar, enxágue com água corrente durante pelo menos 30 minutos e procure atendimento médico. A carga libera hidrogênio, que uma faísca ou uma chama podem inflamar: carregue em local ventilado, não fume por perto e desligue o carregador antes de pôr ou tirar as garras. No carro, desligue primeiro o cabo ligado à carroceria (o negativo em quase todos os carros) e religue-o por último. Um curto-circuito faz passar centenas de ampères e pode derreter uma chave: use ferramentas isoladas e tire anéis e relógio. Uma bateria de carro pode pesar 15 kg ou mais: mantenha-a em pé e levante-a com as pernas. O chumbo é tóxico: lave as mãos depois de manuseá-la, nunca queime uma bateria nem abra sua caixa (numa bateria aberta, tire só as tampas de enchimento) e mantenha-a fora do alcance das crianças.

História e evolução

Planté apresentou suas células à Academia de Ciências de Paris em 1860: folhas de chumbo separadas por tiras de borracha em ácido diluído, “formadas” invertendo a corrente repetidas vezes até a superfície ficar porosa.

Fileiras de células de vidro mantinham centrais de iluminação e centrais telefônicas funcionando durante picos e panes.

Enquanto carregar significava gastar pilhas, os acumuladores ficaram nos laboratórios; o dínamo mudou isso na década de 1870. A pasta de Faure trocou meses de formação por uma única carga de cerca de sessenta horas. As centrais elétricas das décadas de 1880 e 1890 mantinham baterias em paralelo com a rede para absorver o pico da noite. A partir de cerca de 1893, as centrais telefônicas alimentaram as linhas dos assinantes com uma bateria central.

Por volta de 1900, os carros elétricos, em sua maioria com baterias de chumbo, eram cerca de um terço dos veículos nas estradas americanas. O motor de partida elétrico de Charles Kettering, instalado no Cadillac de 1912, dispensou a manivela; à medida que outras marcas o adotaram, a bateria de partida virou equipamento de série. Nos Estados Unidos, cerca de 99% das baterias de chumbo são recicladas, e as novas contêm mais de 80% de material reciclado.