pilhas e baterias

PILHAS E BATERIAS
Bolsistas:
 Matheus
 Liz Mariela
 Ana Claudia



Nayara
Gabriela
Andressa
Novembro/2015
Sumário


Definição
Histórico:







Pilha de Volta (1800)
Pilha de Daniell (1836)
Pilha de Leclanché
Pilha Alcalina
Pilha Lítio
Bateria de Chumbo
Impacto sobre a saúde e o meio ambiente
2
Definição
Figura 01 – Pilhas e Baterias
utilizadas no cotidiano

Dispositivo eletroquímico que tem
capacidade de converter energia
química em energia elétrica.
Figura 02 – Esquema geral de uma bateria
recarregável de automóvel.

Bateria: conjunto de pilhas
agrupadas em série ou paralelo.
3
Pilha de Volta




Em 1800, Alessandro Volta inventa a 1ª pilha elétrica.
Empilhou metais diferentes intercalados com uma solução eletrolítica.
Metais
Cu e Zn
A voltagem depende do número de elementos na pilha.
Figura 03 – Montagem da pilha de Volta.
4
Pilha de Daniell

Em 1836, Daniell utiliza dois eletrólitos ao invés de um.
Figura 04 – Esquema geral da pilha de Daniell com soluções de íons sulfatos (SO42-).
5
Pilha de Daniell

 Catódica:
2e- + Cu2+(aq)
2+
 Anódica:
Reduz ( Nox)
Zn(s)
0
 Equação
Semirreações
Oxida ( Nox)
Cu(s)
0
Zn2+(aq) + 2e2+
Global: Zn(s) + Cu2+(aq)
Zn2+(aq) + Cu(s)
7
Pilha de Daniell

Dica:
C
átodo
R
eduz
A
nodo
O
xida
elétrons
8
Baterias Primárias

Essencialmente não recarregáveis;

Produzidas em recipientes
herméticos;

Formatos: cilíndricas, tipo botão e
tipo moeda .
Figura 6: Tipos de baterias primárias
9
Pilha de Leclanché (Zn/MnO2)

Fornece um potencial de circuito aberto no intervalo entre 1,55 V e
1,74 V em temperatura ambiente.

Ânodo: oxidação do zinco
0
 Zn(s) +

2NH4Cl(aq) + 2OH–(aq) → Zn(NH3 )2Cl2(s) + 2H2O(l) + 2e–
Cátodo: redução do Mn(IV) a Mn(III)
+4
 2MnO2(s)

+2
+ 2H2O(l) +
2e –
+3
→ 2MnOOH(s) + 2OH–(aq)
Reação Global:

Zn(s) + 2MnO2(s) + 2NH4Cl(aq) → Zn(NH3 )2Cl2(s) + 2MnOOH(s)
10
Pilha de Leclanché (Zn/MnO2)



Eletrólito: é uma pasta formada pela
mistura de cloreto de amônio e cloreto de
zinco;
Anodo: feito de zinco metálico usado no
revestimento da pilha;
Catodo: é um bastão de grafite rodeado
por uma mistura em pó de dióxido de
manganês e grafite.
Figura 7: Pilha de Leclanché
11
Pilha Alcalina



O eletrólito: é uma solução aquosa de KOH com ZnO.
DDP: 1,55 V, a temperatura ambiente.
Anodo: oxidação do Zn em meio básico
 Zn(s) +
0

2OH–(aq) → Zn(OH)2(s) + 2e–
Catodo: redução do Mn(IV) a Mn(III)
 2MnO2(s)
+4

+2
+ 2H2O(l) + 2e – → 2MnOOH(s) + 2OH–(aq)
+3
Reação Global:

Zn(s) + 2MnO2 (s) + 2H2O(l) → Zn(OH)2(s) + 2MnOOH(s)
Figura 8: Pilha alcalina
12
Pilha de Li/MnO2


São leves e originam uma grande voltagem
(cerca de 3,4 V);
Ânodo: oxidação do Li
o


Li →
+ e−
Cátodo: redução do oxido metálico
+4
 MnO2

+1
Li+
+3
+ Li+ + e− → MnO2(Li)
Reação Global:

Li + MnO2 → MnO2(Li)
Figura 9: Pilha de lítio/dióxido de
13
manganês
Baterias Secundárias

As baterias secundárias são
usadas principalmente em
aplicações que requerem alta
potência (maiores correntes
elétricas num menor tempo),
recarregáveis que podem ser
reutilizadas muitas vezes pelos
usuários
Figura 10: Baterias secundárias
14
Bateria chumbo/óxido de chumbo
(chumbo/ácido)

Os principais tipos de baterias chumbo/ ácido são:
As baterias industriais são utilizadas para tracionar motores de veículos elétricos e
também em serviços que não podem ser interrompidos em caso de queda de energia
elétrica (companhias telefônicas, hospitais etc.).
 Já as seladas, de menor tamanho, são usadas para alimentar computadores, luzes de
emergência etc., em caso de queda de energia.
 As automotivas são usadas em veículos em geral para alimentar os sistemas de partida,
iluminação e ignição.


As baterias automotivas e industriais requeriam adição periódica de
água no eletrólito, porque no processo de carga da bateria, parte da
água é decomposta nos gases hidrogênio e oxigênio.
15
Bateria chumbo/óxido de chumbo
(chumbo/ácido)



Sua história começou em 1859, quando o físico francês Raymond
Gaston Planté construiu o primeiro sistema recarregável, a
característica pouco usual é usar em ambos os eletrodos o mesmo
elemento químico, o chumbo.
No
anodo:
+2
0
Pb(s) + SO4 2–(aq) ↔ PbSO4 (s) + 2e–

No catodo:

PbO2(s) + 4H+(aq) + SO42– (aq) + 2e– ↔ PbSO4(s) + 2H2O(l)

Reação Global:

Pb(s) + PbO2(s) + 2H2SO4(aq) ↔ 2PbSO4(s) + 2H2O(l)
+4
+2
16
Bateria chumbo/óxido de chumbo
(chumbo/ácido)



6 conjuntos de eletrodos em vasos
independentes.
Cada vaso, por exemplo, 6 anodos e 5
catodos
arranjados
de
forma
alternada, começando e terminando
com um anodo, que são conectados
em paralelo.
Fornece um potencial de cerca de 2 V
que são conectados em série e a
bateria fornece um potencial de
aproximadamente 12 V.
Figura 11: Bateria chumbo/óxido de chumbo (chumbo/ácido).
17
Pilha recarregável
Ni/Cd
Ni/MH
é mais barata
é mais cara
vida útil e capacidade de carga menor
vida útil e capacidade de carga maior
altamente poluente
é menos poluente
apresenta falha de memória
não apresenta falha de memória
Na pilha recarregável as semi-reações são reversíveis tem fonte de
energia renovável, seu prazo de validade é bem maior; o mesmo varia
de acordo com a utilização, o modelo e o fabricante.
 Se uma pilha não é recarregável e parou de funcionar, retire-a de
dentro do aparelho para evitar os vazamentos
18

Tipos de Pilhas
19
Como funciona a bateria do celular?

A bateria de íons de lítio foi criada em
1991; presente em outros dispositivos
como notebooks e tablets.

Invólucro de alumínio, na reação há
transferênciade íons e elétrons da
placa positiva para a negativa e viceversa, para levar energia ao
dispositivo.
Figura 12: Bateria de celular
20
Descarregamento de energia

No anodo:


LiyC6 (s) →C6(s) + y Li+(solv) + y e-

LixCoO2 (s) + y Li+(s) + y e-→Lix+yCoO2(s)
Figura 14: Carregamento da bateria
Figura 13: Descarregamento de energia

No catodo:
Reação Global:

LixCoO2(s) + LiyC6 (s)↔ Lix+yCoO2(s) + C6 (s)
21
Bateria vicia?

Antigamente era comum alguém afirmar: sim,
a bateria de celular vicia.
Hoje, as baterias de Li-íon
são capazes de armazenar
mais
energia
e
não
necessitam tanto de recarga
e costumam ser muito mais
leves.
Figura 15: gráfico- efeito memória é um fenômeno nas baterias de níquel
quando elas não são bem utilizadas.
22
As pilhas e baterias que fazem parte do
nosso lixo eletrônico podem ser prejudiciais
ao ser humano?
23
Problema?

Baterias e pilhas têm em suas composições metais pesados
altamente tóxicos, como cádmio, níquel, chumbo, mercúrio e etc.

A nossa saúde pode ser afetada, mesmo sem entrar em contato
direto com resíduos químicos presente em pilhas e baterias.

O solo contaminado, por exemplo afeta o alimento que vem para
nossa mesa. Na água que chega pela torneira, também pode
haver vestígios desses produtos.
24
Doenças Causadas Pela Contaminação de Pilhas e Baterias
Mercúrio
Distúrbios renais e neurológicos, mutações genéticas, alterações no
metabolismo e deficiência nos órgãos sensoriais.
Cádmio
Agente cancerígeno, teratogênico e pode causar danos a sistema nervoso.
Chumbo
Gera perda de memoria, dor de cabeça, tremores musculares, alucinação,
anemia e etc.
Lítio
Afeta o sistema nervoso central, gerando visão turva, ruídos nos ouvidos,
vertigens, debilidade e tremores.
Níquel
Provoca dermatites, distúrbios
carcinogênicos e insuficiência renal.
Zinco
Provoca vômitos e diarréias.
Cobalto e seus componentes
Causam a “sarna do cobalto”, além de conjuntivite, bronquite e asma.
Dióxido de manganês
Provoca anemia, dores abdominais, vômitos, crises nervosas, dores de cabeça
25
e impotência sexual.
respiratórios,
gengivites,
efeitos
Regulamentações
• Resolução CONAMA Nº 257/99 e 263/99
• Resolução CONAMA Nº 401 de 2008

Tratando de disciplinar o descarte e o gerenciamento ambiental adequado de pilhas e
baterias usadas, no que tange à coleta, reutilização, reciclagem, tratamento e
disposição final.
• Lei Nº 12305/2010 - Institui a Política Nacional de Resíduos Sólidos

Art. 33. São obrigados a estruturar e implementar sistemas de logística reversa, mediante
retorno dos produtos após o uso pelo consumidor, de forma independente do serviço
público de limpeza urbana e de manejo dos resíduos sólidos, os fabricantes,
importadores, distribuidores e comerciantes de:
II - pilhas e baterias;
26
O que fazer?
Figura 16: Charge da Mafalda, realizando o questionamento de como devemos agir sobre o descarte de pilhas.
27
Onde encaminhar?
Postos de Coletas disponíveis
no Brasil. Contagem de peso
total em kg, segunda
09/11/2015 ás 18:00
28
Reciclagem de Pilhas

Os processos de reciclagem
de pilhas e baterias podem
seguir três linhas distintas: a
baseada em operações em
tratamento de minérios, a
hidrometalúrgica
ou
a
pirometalúrgica.
Figura 17: As pilhas são um problema ambiental, onde a
reciclagem é a melhor solução
29
Tratamento de Minérios

A reciclagem mineralúrgica envolve somente processos físicos de
separação ou concentração dos materiais que compõem as
baterias.
Remoção do eletrólito da bateria, quando
este é líquido;
Mesmo sendo limitado,
esta tecnologia pode
baratear, o custo dos
processos subsequentes.
Desmontagem da bateria, para a
remoção de plásticos e isolante,e ,
quando possível de eletrodos e
placas.
30
Hidrometalúrgica
 A
reciclagem
hidrometalúrgica
consiste
na
dissolução ácida
ou básica dos
metais
existentes nas
pilhas e baterias.
Moagem das pilhas e baterias
Precipitação; variando-se o pH da solução
Extração por solventes; aplicando-se diferentes
solventes, que se ligam com íons metálicos
específicos, separando-os da solução.
Recuperam-se os metais por eletrólise ou por
precipitação.
31
Pirometalúrgica
 Esta tecnologia consiste na aplicação
de altas temperaturas para a
recuperação dos metais das pilhas e
baterias
Figura 18 e 19: Processo industrial na reciclagem de pilhas e baterias.
32
Reciclagem das Baterias
Recarregáveis

Os resíduos de bateria de chumbo ácido possuem valor agregado,
tornando a reciclagem economicamente viável.
• A reciclagem do chumbo é realizado
através da fusão do chumbo em fornos.
• Durante o processo são adicionados
produtos para a redução dos óxidos do
metal.
• A etapa seguinte é o refino onde os
procedimentos e processos irão depender
da aplicação do produto final, podendo
ser uma liga de chumbo ou chumbo
refinado livre de contaminantes.
Figura 20: Componentes da bateria automotiva, separadas para a reciclagem.
33
Produtos obtidos através da
reciclagem
Os principais produtos comercializados a partir do processo
de recuperação são:
 Cádmio metálico; com pureza superior à 99,95% que é
vendido para as empresas que produzem baterias;
 Óxidos metálicos;
 Cloreto de Cobalto;
 Chumbo refinado e suas ligas;
 Resíduos contendo
siderúrgicas;
aço
e
níquel
utilizados
em
 Níquel e ferro utilizados na fabricação de aço inoxidável.
Figura 21: Todos os tipos de pilhas e
baterias são possíveis a sua reciclagem,
para a obtenção de outros produtos.
34
Enem
Aplicabilidade da problematização do tema
em questões do ENEM
35
Enem
(ENEM-2009) Questão 23 (Prova Azul)
Cerca de 1% do lixo urbano é constituído por resíduos sólidos contendo elementos tóxicos. Entre
esses elementos estão metais pesados como o cádmio, o chumbo e o mercúrio, componentes de
pilhas e baterias, que são perigosos à saúde humana e ao meio ambiente. Quando descartadas
em lixos comuns, pilhas e baterias vão para aterros sanitários ou lixões a céu aberto, e o
vazamento de seus componentes contamina o solo, os rios e o lençol freático, atingindo a flora e
a fauna. Por serem bioacumulativos e não biodegradáveis, esses metais chegam de forma
acumulada aos seres humanos, por meio da cadeia alimentar. A legislação vigente (Resolução
CONAMA no 257/1999) regulamenta o destino de pilhas e baterias após seu esgotamento
energético e determina aos fabricantes e/ou importadores a quantidade máxima permitida
desses metais em cada tipo de pilha/bateria, porém o problema ainda persiste.
Uma medida que poderia contribuir para acabar definitivamente com o problema da poluição
ambiental por metais pesados relatado no texto seria:
36
Enem
A.
B.
C.
D.
E.
deixar de consumir aparelhos elétricos que utilizem pilha ou bateria como fonte de
energia.
usar apenas pilhas ou baterias recarregáveis e de vida útil longa e evitar ingerir
alimentos contaminados, especialmente peixes.
devolver pilhas e baterias, após o esgotamento da energia armazenada, à rede de
assistência técnica especializada para repasse a fabricantes e/ou importadores.
criar nas cidades, especialmente naquelas com mais de 100 mil habitantes, pontos
estratégicos de coleta de baterias e pilhas, para posterior repasse a fabricantes e/ou
importadores.
exigir que fabricantes invistam em pesquisa para a substituição desses metais tóxicos
por substâncias menos nocivas ao homem e ao ambiente, e que não sejam
bioacumulativas.
37
Referências

Pilha de Daniell (pilha eletroquímica). Disponível em: <http://www.infoescola.com/quimica/pilha-de-daniell-pilhaeletroquimica/>

BOCCHI, Nerilson; FERRACIN, Luiz Carlos; BIAGGIO, Sônia Regina. Pilhas e Baterias: Funcionamento e Impacto
Ambiental.
Química
Nova
na
Escola.
N.
11,
maio
2000.
Disponível
em
:
<http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc11/v11a01.pdf >

RUSSELL, John B.; Química Geral vol.2, São Paulo: Pearson Education do Brasil, Makron Books, 1994.

Resolução
Nº
257,
de
30
de
junho
http://www.mma.gov.br/port/conama/res/res99/res25799.html

RESOLUÇÃO
CONAMA
n°
401,
de
4
de
novembro
de
2008.
http://www.mma.gov.br/port/conama/legislacao/CONAMA_RES_CONS_2008_401.pdf.

LEI
Nº
12.305,
de
2
de
agosto
http://www.mma.gov.br/port/conama/legiabre.cfm?codlegi=636

Tudo Sobre Pilhas Recarregáveis Disponível em: http://www.pilharecarregavel.net.br/

Portal Resíduos Sólidos. Disponível em: http://www.portalresiduossolidos.com/reciclagem-de-pilhas-e-baterias/

Como
funciona
os
carregadores
de
bateria:
o
efeito
memória.
http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/2630-art448?showall=&start=3
de
de
1999.
2010
Disponível
Disponível
Disponível
Disponível
em:
em:
em:
em:
38
Referências

Projeto
ABINEE
recebe
pilhas.
http://www.gmcons.com.br/gmclog/admin/VisualizarPostosMapaCliente.aspx

Portal Resíduos Sólidos. Disponível em: http://www.portalresiduossolidos.com/reciclagem-de-pilhas-e-baterias/

Como
é
feita
a
reciclagem
de
pilhas
e
baterias?
Disponível
http://planetasustentavel.abril.com.br/noticia/lixo/como-feita-reciclagem-pilhas-baterias-755269.shtml

Infográfico: Como funciona uma bateria de celular Disponível em: http://tecnologia.ig.com.br/especial/2013-0625/infografico-como-funciona-uma-bateria-de-celular.html

Projeto
ABINEE
recebe
pilhas.
http://www.gmcons.com.br/gmclog/admin/VisualizarPostosMapaCliente.aspx

Pilhas e Baterias secundárias. Disponível em: http://www.brasilescola.com/quimica/pilhas-baterias-secundarias.htm

Tipos de Baterias primárias mais comuns. Disponível em: http://www.brasilescola.com/quimica/tipos-pilhasbaterias-primarias-mais-comuns.htm
Reciclagem de baterias de chumbo ácido – sua importância em nosso cotidiano. Disponível em:
http://www.unisalesiano.edu.br/simposio2011/publicado/artigo0095.pdf
INEP- Provas e Gabaritos ENEM. Disponível em:
39
http://download.inep.gov.br/educacao_basica/enem/downloads/2009/dia1_caderno1.pdf


Disponível
Disponível
em:
em:
em: