Blocos de construção de baterias

Uma pilha eletroquímica é constituída por um cátodo, um ânodo e um eletrólito que actua como catalisador. Durante o carregamento, forma-se uma acumulação de iões positivos na interface cátodo/eletrólito. Isto leva a que os electrões se movam em direção ao cátodo, criando um potencial de tensão entre o cátodo e o ânodo. A libertação é efectuada através da passagem de uma corrente do cátodo positivo para o ânodo negativo, através de uma carga externa. Com a carga, a corrente flui na direção oposta.

Uma pilha tem duas vias distintas; uma é o circuito elétrico através do qual os electrões fluem, alimentando a carga, e a outra é a via através da qual os iões se movem entre os eléctrodos, através do separador que actua como isolador dos electrões. Os iões são átomos que perderam ou ganharam electrões e ficaram eletricamente carregados. O separador isola eletricamente os eléctrodos, mas permite o movimento dos iões.

Ânodo e cátodo
O elétrodo de uma pilha que liberta electrões durante a descarga é designado por ânodo; o elétrodo que absorve os electrões é o cátodo.

O ânodo da bateria é sempre negativo e o cátodo positivo. Isto parece violar a convenção, uma vez que o ânodo é o terminal para o qual a corrente flui. Um tubo de vácuo, um díodo ou uma pilha em carga seguem esta ordem; no entanto, retirar energia de uma pilha em descarga torna o ânodo negativo. Uma vez que a pilha é um dispositivo de armazenamento elétrico que fornece energia, o ânodo da pilha é sempre negativo.

O ânodo do ião de lítio é o carbono (ver BU-204: Como funcionam as baterias de lítio?), mas a ordem é invertida nas baterias de lítio-metal. Aqui o cátodo é carbono e o ânodo é lítio metálico. (Ver BU-212: Baterias do futuro) Com poucas excepções, as baterias de lítio-metal não são recarregáveis.

Figura 1: Símbolo da bateria.
O cátodo de uma pilha é positivo e o ânodo é negativo.

Quadros 2a, b, c e d Resumir a composição das pilhas secundárias à base de chumbo, níquel e lítio, incluindo as pilhas alcalinas primárias.

Ácido de chumbo	Cátodo (positivo)	Ânodo (negativo)	Eletrólito
Material	Dióxido de chumbo (castanho chocolate)	Chumbo cinzento, (esponjoso quando formado)	Ácido sulfúrico
Carga completa	Óxido de chumbo (PbO2), electrões adicionado à placa positiva	Chumbo (Pb), electrões retirados da placa	Ácido sulfúrico forte
Apagado	O chumbo transforma-se em sulfato de chumbo no elétrodo negativo, os electrões são conduzidos da placa positiva para a placa negativa.		Ácido sulfúrico fraco (semelhante à água)

Tabela 2a: Composição do ácido de chumbo.

NiMH, NiCd	Cátodo (positivo)	Ânodo (negativo)	Eletrólito
Material	Oxi-hidróxido de níquel	NiMH: liga de absorção de hidrogénio NiCd: Cádmio	Hidróxido de potássio

Tabela 2b: Composição de NiMH e NiCd.

Iões de lítio	Cátodo (positivo) em folha de alumínio	Ânodo (negativo) em folha de cobre	Eletrólito
Material	Óxidos metálicos derivados de cobalto, níquel, manganês, ferro, alumínio	À base de carbono	Sal de lítio num solvente orgânico
Carga completa	Óxido metálico com estrutura de intercalação	Os iões de lítio migraram para o ânodo.
Apagado	Os iões de lítio voltam para o elétrodo positivo	Principalmente carbono

Quadro 2c: Composição do ião de lítio.

Alcalino	Cátodo (positivo)	Ânodo (negativo)	Eletrólito
Material	Dióxido de manganês	Zinco	Alcalino aquoso

Tabela 2d: Composição da pilha alcalina primária.

O fluxo de iões é possível com um ativador chamado eletrólito. Num sistema de bateria inundada, o eletrólito move-se livremente entre os eléctrodos inseridos; numa célula selada, o eletrólito é normalmente adicionado ao separador numa forma humedecida. O separador separa o ânodo do cátodo, formando um isolador para os electrões mas permitindo a passagem dos iões. (Ver BU-306: Separador e BU-307: Eletrólito)