Quando a bateria foi inventada?

Quando a bateria foi inventada?

Universidade da Bateria

Uma das descobertas mais notáveis e inovadoras dos últimos 400 anos foi a eletricidade. Podemos perguntar: “A eletricidade existe há tanto tempo?” A resposta é sim, e talvez por muito mais tempo, mas seu uso prático só está à nossa disposição desde meados do século XIX, e de maneira limitada no início. Uma das primeiras obras públicas a ganhar atenção foi iluminar a Exposição Mundial da Columbia em 1893 em Chicago com 250.000 lâmpadas e iluminar uma ponte sobre o rio Sena durante a Feira Mundial de 1900 em Paris.
O uso da eletricidade pode voltar ainda mais. Enquanto construíam uma ferrovia em 1936 perto de Bagdá, trabalhadores descobriram o que parecia ser uma bateria pré-histórica, também conhecida como Bateria Parta. O objeto remonta ao período parta e acredita-se que tenha 2.000 anos. A bateria consistia em uma jarra de barro que estava cheia de uma solução de vinagre na qual uma barra de ferro rodeada por um cilindro de cobre foi inserida. Este dispositivo produziu 1,1 a 2,0 volts de eletricidade. A Figura 1 ilustra a bateria parta.

Figura 1: Bateria Parta. Uma jarra de barro de uma bateria pré-histórica contém uma barra de ferro cercada por um cilindro de cobre. Quando preenchido com vinagre ou solução eletrolítica, o frasco produz 1,1 a 2 volts.
Nem todos os cientistas aceitam a bateria parta como fonte de energia. É possível que o dispositivo tenha sido usado para galvanoplastia, como adicionar uma camada de ouro ou outros metais preciosos a uma superfície. Diz-se que os egípcios galvanizaram antimônio em cobre há mais de 4.300 anos. Evidências arqueológicas sugerem que os babilônios foram os primeiros a descobrir e empregar uma técnica galvânica na fabricação de joias usando um eletrólito à base de suco de uva para grés folheado a ouro. Os partos, que governaram Bagdá (cerca de 250 aC), podem ter usado baterias para galvanizar prata.
Um dos primeiros métodos para gerar eletricidade nos tempos modernos foi criando uma carga estática. Em 1660, Otto von Guericke construiu uma máquina elétrica usando um grande globo de enxofre que, quando esfregado e girado, atraía penas e pequenos pedaços de papel. Guericke conseguiu provar que as faíscas geradas eram de natureza elétrica.
O primeiro uso prático da eletricidade estática foi a “pistola elétrica”, inventada por Alessandro Volta (1745-1827). Ele pensou em fornecer comunicações de longa distância, embora apenas um bit booleano. Um fio de ferro sustentado por postes de madeira deveria ser amarrado de Como a Milão, na Itália. Na extremidade receptora, o fio terminaria em uma jarra cheia de gás metano. Para sinalizar um evento codificado, uma faísca elétrica seria enviada por fio com a finalidade de detonar a pistola elétrica. Este link de comunicação nunca foi construído. A Figura 1-2 mostra uma representação a lápis de Alessandro Volta.

Figura 2: Alessandro Volta, inventor da bateria elétrica
A descoberta de Volta da decomposição da água por uma corrente elétrica lançou as bases da eletroquímica.
Cortesia de Cadex

Em 1791, enquanto trabalhava na Universidade de Bolonha, Luigi Galvani descobriu que o músculo de um sapo se contraía ao ser tocado por um objeto metálico. Esse fenômeno ficou conhecido como eletricidade animal. Impulsionado por esses experimentos, Volta iniciou uma série de experimentos usando zinco, chumbo, estanho e ferro como placas positivas (cátodo); e cobre, prata, ouro e grafite como placas negativas (ânodo). O interesse pela eletricidade galvânica logo se generalizou.
Baterias antigas
Volta descobriu em 1800 que certos fluidos gerariam um fluxo contínuo de energia elétrica quando usados como condutores. Essa descoberta levou à invenção da primeira célula voltaica, mais comumente conhecida como bateria. Volta descobriu ainda que a voltagem aumentaria quando as células voltaicas fossem empilhadas umas sobre as outras. A Figura 3 ilustra essa conexão serial.

Figura 1-3: Quatro variações
da bateria elétrica de Volta
Metais em uma bateria têm diferentes efeitos elétricos. Volta notou que o potencial de tensão com substâncias diferentes ficava mais forte quanto mais distantes elas estavam umas das outras.
O primeiro número nos metais listados abaixo é a afinidade para atrair elétrons; o segundo é o potencial padrão do primeiro estado de oxidação.
Zinco = 1,6 / -0,76 V
Chumbo = 1,9 / -0,13 V
Estanho = 1,8 / -1,07 V
Ferro = 1,8 / -0,04 V
Cobre = 1,9 / 0,159 V
Prata = 1,9 / 1,98 V
Ouro = 2,4 / 1,83 V
Carbono = 2,5 / 0,13 V
Os metais determinam a voltagem da bateria; foram separados com papel úmido embebido em água salgada.
Cortesia de Cadex
No mesmo ano, Volta divulgou sua descoberta de uma fonte contínua de eletricidade para a Royal Society de Londres. Os experimentos não eram mais limitados a uma breve exibição de faíscas que duravam uma fração de segundo. Um fluxo interminável de corrente elétrica agora parecia possível.
A França foi uma das primeiras nações a reconhecer oficialmente as descobertas de Volta. Isso ocorreu em uma época em que a França se aproximava do auge dos avanços científicos e novas ideias eram recebidas de braços abertos, ajudando a apoiar a agenda política do país. A convite, Volta dirigiu-se ao Instituto da França em uma série de palestras nas quais Napoleão Bonaparte esteve presente como membro do instituto (ver Figura 4).

Figura 4: As experimentações de Volta no Instituto da França
As descobertas de Volta impressionaram tanto o mundo que em novembro de 1800 o Instituto Nacional Francês o convidou para palestras em eventos em que Napoleão Bonaparte participou. Napoleão ajudou nos experimentos, extraindo faíscas da bateria, derretendo um fio de aço, descarregando uma pistola elétrica e decompondo a água em seus elementos.
Cortesia de Cadex
Em 1800, Sir Humphry Davy, inventor da lâmpada de segurança do mineiro, começou a testar os efeitos químicos da eletricidade e descobriu que a decomposição ocorria ao passar uma corrente elétrica através de substâncias. Este processo foi mais tarde chamado de eletrólise. Ele fez novas descobertas instalando a maior e mais poderosa bateria elétrica do mundo nos cofres da Royal Institution de Londres. Conectar a bateria a eletrodos de carvão produziu a primeira luz elétrica. Testemunhas relataram que sua lâmpada de arco voltaica produziu “o arco ascendente de luz mais brilhante já visto”.
Em 1802, William Cruickshank projetou a primeira bateria elétrica para produção em massa. Cruickshank arranjou folhas quadradas de cobre com folhas de tamanhos iguais de zinco. Essas folhas foram colocadas em uma longa caixa retangular de madeira e soldadas juntas. Ranhuras na caixa mantinham as placas de metal em posição, e a caixa selada era então preenchida com um eletrólito de salmoura, ou um ácido diluído. Isso se assemelhava à bateria inundada que ainda está conosco hoje. A Figura 5 ilustra a oficina de baterias da Cruickshank.

Figura 5: Cruickshank e a primeira bateria inundada. William Cruickshank, um químico inglês, construiu uma bateria de células elétricas juntando placas de zinco e cobre em uma caixa de madeira cheia de uma solução eletrolítica. Este projeto inundado tinha a vantagem de não secar com o uso e fornecia mais energia do que o arranjo de discos de Volta.
Cortesia de Cadex
A invenção da bateria recarregável
Em 1836, John F. Daniell, um químico inglês, desenvolveu uma bateria melhorada que produzia uma corrente mais constante do que os dispositivos anteriores. Até então, todas as baterias eram primárias, o que significa que não podiam ser recarregadas. Em 1859, o físico francês Gaston Planté inventou a primeira bateria recarregável. Foi baseado em ácido de chumbo, um sistema que ainda é usado hoje.
Em 1899, Waldemar Jungner da Suécia inventou a bateria de níquel-cádmio (NiCd), que usava níquel para o eletrodo positivo (cátodo) e cádmio para o negativo (ânodo). Os altos custos de material em comparação com o chumbo-ácido limitaram seu uso e, dois anos depois, Thomas Edison produziu um projeto alternativo substituindo o cádmio por ferro. Baixa energia específica, baixo desempenho em baixa temperatura e alta autodescarga limitaram o sucesso da bateria de níquel-ferro. Não foi até 1932 que Schlecht e Ackermann alcançaram correntes de carga mais altas e melhoraram a longevidade do NiCd inventando a placa polar sinterizada. Em 1947, Georg Neumann conseguiu selar a cela.
Por muitos anos, NiCd foi a única bateria recarregável para aplicações portáteis. Na década de 1990, ambientalistas na Europa ficaram preocupados com a contaminação ambiental se o NiCd fosse descartado de forma descuidada; eles começaram a restringir essa química e pediram à indústria de consumo que mudasse para níquel-hidreto metálico (NiMH), uma bateria mais ecológica. NiMH é semelhante ao NiCd, e muitos prevêem que o NiMH será o trampolim para o íon de lítio (Li-ion) mais duradouro.
A maioria das atividades de pesquisa hoje gira em torno da melhoria de sistemas baseados em lítio. Além de alimentar telefones celulares, laptops, câmeras digitais, ferramentas elétricas e dispositivos médicos, o Li-ion também é usado para veículos elétricos. A bateria tem uma série de benefícios, principalmente sua alta energia específica, carregamento simples, baixa manutenção e ser ambientalmente benigna.
Eletricidade Através do Magnetismo
A descoberta de como gerar eletricidade através do magnetismo veio relativamente tarde. Em 1820, André-Marie Ampère (1775-1836) notou que os fios que transportavam uma corrente elétrica eram às vezes atraídos e às vezes repelidos uns dos outros. Em 1831, Michael Faraday (1791-1867) demonstrou como um disco de cobre fornecia um fluxo constante de eletricidade enquanto girava em um forte campo magnético. Faraday, auxiliando Davy e sua equipe de pesquisa, conseguiu gerar uma força elétrica infinita enquanto o movimento entre uma bobina e um ímã continuasse. Isso levou à invenção do gerador elétrico e a reversão do processo possibilitou o motor elétrico. Pouco tempo depois, foram desenvolvidos transformadores que convertiam a corrente alternada (CA) em qualquer tensão desejada. Em 1833, Faraday estabeleceu a base da eletroquímica na qual se baseia a lei de Faraday. A lei da indução de Faraday está relacionada ao eletromagnetismo ligado a transformadores, indutores e muitos tipos de motores e geradores elétricos.
Uma vez que a relação com o magnetismo foi compreendida, grandes geradores começaram a produzir um fluxo constante de eletricidade. Seguiram-se motores que permitiram o movimento mecânico, e a lâmpada Edison apareceu para conquistar a escuridão. Depois que George Westinghouse iluminou a Exposição Mundial Colombiana de Chicago em 1893, Westinghouse construiu três grandes geradores para transformar a energia das Cataratas do Niágara em eletricidade. A tecnologia trifásica AC desenvolvida por Nikola Tesla permitiu que as linhas de transmissão transportassem energia elétrica por grandes distâncias. Assim, a eletricidade foi amplamente disponibilizada à humanidade para melhorar a qualidade de vida.

Figura 6: 250.000 lâmpadas iluminam a Exposição Mundial Colombiana de Chicago em 1893.
O sucesso da luz elétrica levou à construção de três grandes hidrogeradores nas Cataratas do Niágara.
Cortesia dos Arquivos do Museu do Brooklyn. Coleção de arquivo Goodyear
A invenção do tubo de vácuo eletrônico no início de 1900 formou o próximo passo significativo em direção à alta tecnologia, permitindo osciladores de frequência, amplificação de sinal e comutação digital. Isso levou à transmissão de rádio na década de 1920 e ao primeiro computador digital, chamado ENIAC, em 1946. A descoberta do transistor em 1947 abriu caminho para a chegada do circuito integrado 10 anos depois, e o microprocessador inaugurou a Era da Informação, mudando para sempre a forma como vivemos e trabalhamos.
A humanidade depende da eletricidade e, com o aumento da mobilidade, as pessoas gravitaram cada vez mais em direção à energia portátil – primeiro para aplicativos com rodas, depois portabilidade e, finalmente, uso vestível. Por mais desajeitadas e não confiáveis que as primeiras baterias possam ter sido, as gerações futuras podem olhar para as tecnologias de hoje como nada mais do que experimentos desajeitados.