Fontes eletroquimicas energia

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Laboratório de Eletroquímica
Departamento de Química Fundamental - CCEN/UFPE
VI COREEQ N/NE Ago-99
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Apresentação para o VI COREEQ N/NE
Apresentado por: Flamarion Borges Diniz, DQF/UFPE
FONTES ELETROQUÍMICAS DE ENERGIA
Resumo
		Esta apresentação está dividida em 3 partes: i) Uma revisão teórica sobre conceitos básicos de eletroquímica com enfoque em dispositivos. Aspectos termodinâmicos e cinéticos serão discutidos. ii) Apresentação de aspectos tecnológicos associados a fontes eletroquímicas de energia e suas aplicações. iii) Apresentação de fontes clássicas e avançadas, bem como perspectivas atuais.
Introdução
A sociedade moderna depende cada vez mais da disponibilidade de dispositivos eficientes que sirvam como fonte portátil de eletricidade. O uso crescente de aparelhos eletro/eletrônicos móveis demonstra claramente esta necessidade. Em torno de nós podemos presenciar a cada instante esta necessidade: relógios, calculadoras, microcomputadores, telefones celulares, "walk man", automóveis, etc. Além disto, a necessidade de fornecimento ininterrupto de eletricidade requer sistemas de apoio à rede elétrica, para sistemas telefônicos, bancários, etc. A automação também crescente nos meios industriais e de comércio requer fontes de eletricidade confiáveis. Esta demanda tem sido suprida em larga escala por sistemas eletroquímicos através de pilhas e baterias. No entanto a diversidade da demanda impõe exigências que requerem o desenvolvimento contínuo de novas fontes eletroquímicas. Você já se perguntou sobre a necessidade de uma bateria em um satélite que envia uma sonda para investigar um planeta, por exemplo Marte? Após meses de viagem em uma cápsula espacial, a sonda é lançada na superfície do planeta e deve enviar continuamente sinais de medições para a capsula que as enviará para a Terra. As baterias que estiveram "adormecidas" durante todos aqueles meses irão desempenhar um papel crucial nesta tarefa. Se elas falharem, falha todo o projeto.
Baterias de Lítio para aplicação espacial (Saft-Alcatel)
Interfaces
	Definições
	A região de limite entre duas fases (por exemplo, metal e ar) é chamada de interface, ou região interfacial. Existem na natureza diversas interfaces, pois todo material ou meio possui alguma forma de limite e se encontra em contato com algum outro material ou meio. Em processos eletroquímicos, as interfaces mais importantes são as interfaces sólido/sólido e sólido/líquido. No primeiro caso pode se tratar de uma interface entre dois materiais que compõem um eletrodo, por exemplo uma liga metálica e um material ativo insolúvel ou um polímero. No segundo, temos o caso mais clássico da interface entre um eletrodo (um condutor, por exemplo) e uma solução.
	Características
As interfaces possuem propriedades peculiares e próprias, que não são as mesmas de nenhuma das fases que as compõem. Na natureza, diversos sistemas surgiram em função de interfaces. A maioria dos processos biológicos ocorrem em interfaces, nas membranas celulares, por exemplo, ocorrem boa parte de processos
Superfície metálica
metabólicos importantes, tais como a respiração nas mitocôndrias ou o processo fotossintético na membrana tilacoide.
		Físicas. As características físicas mais marcantes das interfaces se devem à sua geometria. Enquanto que no seio do material as forças de atração e repulsão atuam em diversas direções, na região interfacial, estas forças são elevadamente assimétricas. Um átomo na superfície de um metal está sujeito a forças de interação/repulsão com átomos vizinhos em uma direção, e a nenhuma força, se o metal estiver no vácuo, ou a outro tipo de repulsões/interações se ele estiver em contato com algum outro meio. Esta assimetria é tão marcante, que a distância entre camadas atômicas geralmente difere na superfície de um material se comparada com esta distância no seio deste mesmo material. 
		Elétricas. Como resultado destas características físicas, surgem dipolos elétricos nas superfícies e não compensação de cargas. Os orbitais (atômicos ou moleculares) se distorcem em função das forças assimétricas e ocorrem rearranjos de cargas. Estas modificações ocorrem em ambas as fases que compõem a interface, e como resultado, podemos afirmar que existem diferenças de potencial elétrico em toda interface.
		Químicas. Como a natureza das ligações químicas na região interfacial também é assimétrica, átomos superfícies tendem a serem altamente reativos devido a ausência de ligações químicas nessa região. Estes átomos, íons ou moléculas, possuem uma energia mais elevada, do que as mesmas espécies no seio do material. O abaixamento de energia, portanto ocorre às custas de novas interações nas interfaces ou mesmo de rearranjos espaciais.
	Interface Eletrodo/Solução
		Histórico. As características operacionais de sistemas eletroquímicos dependem largamente das propriedades da interface eletrodo/solução. Um entendimento desta interface, portanto, é indispensável para um correto entendimento de sistemas eletroquímicos em geral. Boa parte dos estudos sobre esta interface foram realizados com a interface mercúrio/solução. O eletrodo de mercúrio desempenhou durante muitos anos um papel importante na eletroquímica pela possibilidade de se obter superfícies razoavelmente inertes, reprodutíveis e limpas com muita facilidade. Uma superfície sólida é muito difícil de ser reproduzida e se modifica continuamente durante os experimentos. Além disto, medidas de tensão superficial, que foram muito importantes para os estudos da interface, são muito facilmente medidas em superfícies líquidas, daí a grande aplicabilidade do eletrodo de mercúrio. 
Modelos. Ao longo dos estudos sobre a interface eletrodo/solução, diversos
modelos foram propostos. Três modelos se tornaram clássicos: o modelo de Helmholtz do capacitor de placas paralelas, o modelo de Gouy e Chapman da camada difusa e o modelo de Stern, intermediário. Para o entendimento da diferença entre estes modelos é importante lembrar uma propriedade elétrica importante da interface eletrodo/solução: a capacitância. Devido à diferença de potencial na interface e ao acúmulo de cargas em cada fase que a compõe, a interface apresenta propriedades muito semelhantes a de um capacitor elétrico. Tanto é, que o modelo proposto por Helmholtz é exatamente o de um capacitor de placas paralelas. Neste caso, uma placa é uma das fases (o eletrodo, por exemplo) com um acúmulo de cargas na sua superfície (excesso ou deficiência de elétrons) e a outra é a outra fase (a solução, seguindo o mesmo exemplo), com acúmulo 
de íons de uma mesma carga. Normalmente o solvente, que está presente em maior
quantidade, forma o dielétrico entre o eletrodo e os íons na solução. Este modelo prevê
uma variação de potencial linear ao longo da região interfacial.
Modelo de Helmholtz para a interface eletrodo/solução
Como os íons se movem constantemente sob efeito da agitação térmica, este modelo é pouco realista, e foi aprimorado por Gouy e Chapman que consideraram a existência de equilíbrio entre forças térmicas e elétricas na solução. Como resultado, surge uma camada difusa que se estende desde a região interfacial até o seio da solução, resultante do acúmulo de íons de uma mesma carga elétrica (oposta à carga do eletrodo). Neste caso, a variação do potencial elétrico é exponencial com a distância.
Variação de potencial na interface eletrodo/solução segundo modelo de Gouy e Chapman
 Porém a camada difusa levou a resultados de outras propriedades que não condiziam com a realidade experimental Stern adotou uma postura intermediária entre Helmholtz e Gouy-Chapman dividindo a interface em duas regiões: uma bem próxima do eletrodo que se comporta como um capacitor de placas paralelas, e outra mais afastada, que se comporta como um capacitor de placa difusa. Obviamente a variação do potencial elétrico com a distância é linear próxima ao eletrodo e exponencial, mais afastado do mesmo.Variação de potencial na interface eletrodo/soluçao segundo modelo de Stern
Modelo mais recente da interface eletrodo/solução
Termodinâmica
A interface eletrodo solução é o local aonde ocorre a transferência de elétrons responsável pelos aspectos energéticos das fontes eletroquímicas.
A tendência à transferência de elétrons é determinada pelas propriedades termodinâmicas da interface. Desse modo, deve-se abordar primeiramente a interface em equilíbrio. Para o processo
a condição de equilíbrio é dada pela igualdade dos potenciais químicos (e para espécies carregadas, pela igualdade dos potenciais eletroquímicos)
que obedece a definição geral
Onde,  é o potencial elétrico da fase i relativa ao vácuo.
Manipulação apropriada desta equação leva à conhecida equação de Nernst
onde
e os índices M e S se referem a metal e solução, respectivamente.
	A grandeza , diferença de potencial entre o eletrodo e a solução, não é acessível experimentalmente. Mas pode ser medida com relação a alguma interface de referência. Daí a origem dos potenciais padrão de redução ou de oxidação.
Conversão de Energia: 
		Os processos de conversão de energia são limitados de acordo com as leis da Termodinâmica. Para a conversão térmica, normalmente utilizamos as variações de entalpia (processos realizados a pressão constante). Estes processos são limitados pelo teorema de Carnot
Eficiência = (T1 – T2)/T1
Na conversão eletroquímica, a eficiência é determinada pela variação de Energia Livre de Gibbs e não está limitada ao teorema de Carnot. Além disto, a energia química é diretamente convertida em energia elétrica. Nos processos térmicos existem mais de uma etapa de conversão de energia, cada qual com sua eficiência.
Cinética
A cinética de transferência de elétrons em interfaces muitas vezes é o processo determinante das características da interface. Na ausência de complicações devido a problemas de transporte de massa (veja mais a frente) o problema pode ser tratado da seguinte maneira. Para a reação
a velocidade poderia ser escrita como sendo 
v = k[Ox]
da teoria do complexo ativado: 
k = Aoe-G*/RT
como G*, a energia livre de Gibbs de ativação, depende do potencial (através do potencial eletroquímico, , fica claro que a velocidade da reação também depende do potencial. Para a reação escrita acima, a velocidade expressa em mols.s-1.cm-2 pode também ser expressa em termos de número de elétrons, através da constante de Faraday
onde i é a densidade de corrente (corrente por unidade de área do eletrodo)
Este tratamento prevê uma dependência exponencial da corrente com o potencial. Expermentalmente o potencial é expresso como sobrepotencial, 
 = Potencial na presença de uma corrente i - Potencial no equilíbrio (i = 0)
Dependência da corrente com o sobrepotencial
Transporte de massa solução 
Na maioria das vezes, a cinética eletroquímica é mais complexa do que o expresso acima. No tratamento simples, apresentado, o processo de transporte de massa das espécies reagentes saindo do seio da solução e se aproximando do eletrodo, foi considerado como sendo rápido, e, portanto não interferindo na cinética da reação. No entanto, em muitas condições experimentais, isto não acontece. O processo de transporte de massa é lento e influencia dramaticamente a cinética eletroquímica. O processo como um todo deve ser descrito da seguinte forma:
O(x =() ( O(x~0)
O(x~0) + ne- ( R(x~0)
R(x~0) ( R(x=()
A primeira e a última etapa são as etapas de transporte de massa, enquanto que a etapa do meio (segunda) é a de transferência de elétrons. Se a primeira etapa for lenta, não haverá espécies O em concentração suficiente para realizarem a etapa de transferência de elétrons.
Existem três modos de transporte de massa: Difusão, Migração e Convexão. Difusão é o movimento de massa impulsionado por gradiente de concentração. Migração ocorre como resultado do campo elétrico atuando sobre espécies eletricamente carregadas. E finalmente, convexão ocorre como resultado do movimento hidrodinâmico da solução (em regiões localizadas ou como um todo). A importância da difusão, como modo de transporte de massa, não deve ser subestimada. A redução de espécies negativamente carregadas, por exemplo, ocorre em oposição ao modo de migração (se o processo é de redução o campo elétrico é negativo no eletrodo e portanto repele a espécie negativamente carregada). A baixa concentração da espécie na superfície do eletrodo gera um gradiente de concentração que estabelece a difusão como modo de transporte.
Gradiente de concentração do eletrodo para a solução
Quando a taxa de transferência de elétrons é muito alta, o transporte de massa não consegue repor a espécie consumida no eletrodo, e sua concentração pode chegar a valores bem próximos de zero (como ilustrado na figura acima). Nessas condições a corrente não pode ser aumentada, e se torna independente do potencial. O comportamento da corrente vs. sobrepotencial, nessas condições é o mostrado na figura a seguir
Dependência da corrente com o soprepotencial considerando-se o efeito transporte de massa
Interface Eletrodo Solução: Visão Geral
	Foi visto como surge a diferença de potencial nas interfaces, e em particular na interface eletrodo/solução. Em equilíbrio esta diferença de potencial depende somente de grandezas termodinâmicas, como a temperatura e a composição do sistema. Fora do equilíbrio, o potencial é modificado devido à energia necessária para se transferir elétrons através da interface, resultando numa dependência exponencial da corrente com o potencial. Se levarmos em consideração as dificuldades associadas ao transporte de massa observa-se que para grandes correntes, a mesma se torna independente do potencial. Deve ser lembrado que o potencial que está sendo medido faz uso de eletrodo de referência, através do qual não circula corrente elétrica. Quando formos considerar uma célula completa, com seus dois eletrodos, ou seja, suas duas interfaces, a diferença de potencial medida será entre os dois eletrodos, sem o uso de eletrodo de referência. Neste caso, um novo componente surge para a diferença de potencial, que é a queda de tensão devido à resistência elétrica do meio eletrolítico (a solução, em geral). 
Célula Galvânica
	Uma célula galvânica é um dispositivo que consiste de duas interfaces eletrodo/solução capazes de fornecer eletricidade a partir de reações de transferência de elétrons em direções opostas em cada uma destas interfaces. Em uma delas ocorre redução e na outra oxidação.
Célula Galvânica
Quando não flui corrente pelo circuito (por exemplo, quando um medidor de voltagem está conectando as duas interfaces), dizemos que cada interface está no seu potencial de equilíbrio e o potencial medido é simplesmente esta diferença
V = eq(esq) – eq (dir)
quando uma resistência elétrica é colocada entre as duas interfaces (no circuito externo) de modo que elétrons possam fluir do anodo (interface aonde ocorre oxidação) para o catodo (interface aonde ocorre redução), V é a diferença de potencial entre as duas interfaces (que não estão mais nos seus estados de equilíbrio) e também a queda ôhmica devido à resistência da solução.
V = (esq)– (dir) – IR
Onde I é a corrente e R a resistência da solução. Os potenciais  não são os potenciais de equilíbrio pois com a passagem de corrente temos os sobrepotenciais de ativação (transferência de elétrons) e de concentração (transporte de massa). Logo:
V = {eq- ativ – conc}esq – {eq- ativ – conc}dir - IR
Esta equação contém todas as informações básicas necessárias ao entendimento do desempenho de uma célula galvânica, ou em outras palavras, de uma fonte eletroquímica de energia. Ela pode ser dividida em 4 partes:
		Potencial de equilíbrio (eq): estabelece a diferença de potencial máxima atingível
		Sobrepotencial de ativação(ativ): contém os aspectos cinéticos/catalíticos da transferência de elétrons. É uma propriedade das interfaces eletrodo/solução. 
		Sobrepotencial de concentração (conc): contém os aspectos de transporte de massa. É uma propriedade da geometria da célula e composição da solução.
		Queda ôhmica (IR): Componente que contém a resistência elétrica da solução e também depende da geometria da célula e composição da solução.
Toda consideração tecnológica sobre fontes eletroquímicas de energia deve passar por uma análise desta expressão. Além dela, existem outras restrições que surgem em função da aplicação específica a qual a fonte se destina.
	Além das considerações feitas acima, deve ser lembrado que o consumo de reagentes não foi incluído na análise. À medida que os reagentes vão sendo consumidos, todos os parâmetros da expressão para V obtida acima vão se alterando. Além disto, situações especiais devido ao fato de que a análise leva em consideração um estado estacionário das condições de operação. Em condições reais de uso, transientes se estabelecem no interior da célula, particularmente no tocante às concentrações de espécies envolvidas. Ainda que a expressão obtida continue sendo aplicável, deve se Ter em mente que as concentrações a serem empregadas não são as concentrações nominais e sim as concentrações reais, resultante do consumo ou do transiente. A resposta de uma célula galvânica em termos de tensão para diferentes regimes de descarga está apresentada a seguir
Para uma descarga lenta (low rate) a tensão se mantém constante ao longo da descarga e cai abruptamente no final. Isto se dá porque descarga lenta corresponde a baixas correntes, nesse caso os sobrepotenciais são baixos e os processos de transporte são eficientes a ponto de manter constante as concentrações das espécies reativas na região interfacial (eletrodo/solução). Para uma descarga rápida, as correntes são elevadas e também os sobrepotenciais, além disto, criam-se grandes gradientes de concentração resultantes da dificuldade dos processos de transporte de massa reporem materiais consumidos na interface.
	Outro aspecto importante que deve ser levado em consideração é o fato de que para determinadas aplicações, muitas vezes não são empregadas células individuais e sim um conjunto. Este conjunto pode estar ligado em série, para aumento de tensão, ou em paralelo, para aumento de capacidade (capacidade é a quantidade de eletricidade armazenada em uma célula). Assim, as propriedades de agrupamento podem interferir no desempenho do sistema como um todo. Por exemplo, nas ligações em série as voltagens de cada célula são somadas, mas também as resistências elétricas das mesmas. Além disto, as resistências elétricas das conexões podem se tornar significativas em regimes de descargas rápidas (contribuindo para o aumento do termo IR na expressão para V)
	Além dos parâmetros discutidos acima, existem diversas características operacionais importantes a serem definidas para uma célula. As principais são:
Capacidade: quantidade de eletricidade disponível para um dado regime de descarga (I.t), normalmente expressa em Amperes hora (Ah)
Capacidade Específica: capacidade por peso de célula, expressa em Ah/Kg
Densidade de Potência: potência (I.V) por peso de célula, expressa em W/Kg
Densidade de Energia: energia (I.V.t) por peso de célula expressa em Wh/Kg
Onde 
I = corrente de descarga
		V = tensão durante a descarga
		H = tempo da descarga em hora
Muitas vezes estas grandezas são expressas em função do volume, ao invés de peso.
Exemplos
Leclanché (carbono/zinco ou pilha seca):
Desenvolvida entre 1870 - 90, a pilha de Leclanché usa um anodo de Zn e um catodo de MnO2 em um eletrólito aquoso de cloreto de amônio e cloreto de zinco, a pilha seca é uma variação com eletrólito gelificado (em amido).
	As meias reações são bastante complexas, mas a reação global pode ser escrita como
Zn + 2MnO2 + 2 H2O + ZnCl2 = 2 MnOOH + 2 Zn(OH)Cl
MnO2 é um composto polimórfico complexo. A forma  (pirolusita) possui a estrutura do rutilo como apresentada a seguir.
. 
O produto, MnOOH aparece na forma de uma estrutura do tipo diáspora num arranjo em que os prótons servem de ponte em um arranjo similar ao da ramsdelita.
Estudos recentes em pilhas contendo outras formas de MnO2 A motivação para estas pesquisas se está no elevado potencial redox do Mn (IV), seu baixo custo e compatibilidade ambiental. 
Pilhas secas custam pouco, são confiáveis, mas possuem baixa densidade de energia (teoricamente em 150 Wh/Kg, mas a metade disto na prática).
Pilhas Alcalinas
Inicialmente comercializadas na década de 50, são similares à célula de Leclanché, mas fazem uso de um eletrólito mais condutor (KOH gelificado), que contribui para uma resistência elétrica menor, permitindo taxas de descarga mais elevadas e maiores densidades de potência. Pilhas alcalinas também fazem uso de Zinco em pó, com alta superfície ativa um MnO2 de melhor qualidade, que também contribuem para melhor desempenho em descargas a correntes altas.
As semi-reações são:
Zn + 2 OH- = Zn(OH)2 + 2 e
2 MnO2 + H2O + 2 e- = Mn2O3 + 2 OH-
Anatomia de uma pilha alcalina (Duracell)
Pilhas alcalinas possuem densidades de energia e voltagens teóricas semelhantes às células Leclanché. Os valores práticos, no entanto são mais favoráveis para as alcalinas. Por outro lado apresentam um custo mais elevado. 
O acumulador de Chumbo-Ácido
	É uma das mais antigas células em operação. Baseia-se no elevado potencial de redução do bióxido de chumbo e é a principal fonte de eletricidade em acumuladores comercialmente disponível atualmente. 
Esquema de um acumulador de chumbo ácido
As reações que ocorrem neste sistema são as seguintes:
Pb + H2SO4 = PbSO4 + 2H+ + 2e-
PbO2 + H2SO4 + 2H+ + 2e- = PbSO4 + 2H2O
________________________________________________________
Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O
Montagem de um elemento com anodo, catodo e separador
O processo de fabricação de acumuladores de chumbo-ácido encontra-se diagramado abaixo:
�
As principais vantagens deste sistema são a elevada taxa de reciclagem que se atinge, confiabilidade de operação, durabilidade e resistência a temperaturas mais elevadas. Sua principal desvantagem está na baixa capacidade específica e toxidez associada ao chumbo.
Baterias de NiCd
Estas baterias contém um catodo de Ni(OH)2, ando de Cd em um eletrólito de KOH aquoso. A reação global é:
2 NiOOH + 2H2O + Cd = 2 Ni(OH)2 + Cd(OH)2
Ni(OH)2 possui uma estrutura em camadas como CdI2 enquanto que NiOOH é aparentemente um material multifásico complexo. As principais vantagens destas células são o elevado número de ciclos de carga/descarga obtidos na prática (mais de 1000). Possuem elevada descarga expontânea, e efeitos de memória. Além disto Cd é um metal bastante tóxico. O efeito de memória é um fenômeno que ocorre quando uma célula é parcialmente descarregada e então submetida a carga. Em um novo ciclo de descarga a célula parece "lembrar" o estado de carga parcial anterior e se comporta como se estivesse descarregada. Uma descarga profunda é necessário para se "apagar" esta memória. Este efeito aparentemente se deve a formação de uma superfície passivante sobre os eletrodos.
Nickel Hidreto Metálico (NiMH)
A célula de Ni/H2 foi uma adaptação da célula de NiCd desenvolvida para aplicações na indústria aero espacial. Trata-se de uma célula de combustível onde o hidrogênio se encontra pressurizado. Devido às dificuldades associadas a uma célula deste tipo no mercado consumidor, foi desenvolvida a célula de Ni/MH, aonde o hidrogênio fica ligado a um metal e pode ser oxidado para produzir prótons. O catodo é um eletrodo de hidróxido de Níquel, NOOH. A semi-reação anódica é: 
MH + OH- = M + H2O + e-
E a reação global, portanto é: 
NiOOH + MH = Ni(OH)2 +M
Os anodos são feitos de ligas metálicas que classicamente armazenam hidrogênio, tais como V,Ti, Zr, Ni, Cr, Co, and (!) Fe. A química básica destas ligas não é ainda muito bem compreendida e suas composições são obtidas empiricamente. 
As baterias de NiMH possuem muitas das vantagens da baterias de NiCd, além de longa vida em estoque e possuem densidades de potência e de energia superiores. 
Bateria de Zinco/Ar
Uma célula muito interessante é a de Zn/ar, em que o zinco sofre oxidação como mostrado acima e no catodo a reação é:
O2 + H2O + 4 e- = 2 OH-
A reação global, portanto, é:
Zn + 1/2 O2 = ZnO
Trata-se de uma célula a combustível híbrida, onde um dos componentes (o ar) é gratuito e ilimitado, não contribuindo para o peso da célula e portanto resultando em elevadas densidades de energia (valores de 300 Wh/Kg e 900 Wh/l).
As principais desvantagens destas células são a densidade de potência relativamente baixa e a sensibilidade às condições ambientes. CO2 do ar provoca carbonatação da célula e o intervalo ótimo de umidade para o funcionamento do cátodo é muito restrito. 
Células de Combustível
Estes dispositivos são células galvânicas em que o catodo é um eletrodo de oxigênio que promove a redução de oxigênio do ar formando íons óxido. O anodo promove a oxidação de um combustível (Hidrogênio, Metanol, Hidrazina, etc.) No caso de anodos de hidrogênio, o produto da reação é simplesmente água. Por serem dispositivos bastante “limpos” do ponto de vista ambiental, muitas pesquisas têm sido realizadas sobre estes dispositivos. Várias células de combustível já existem disponíveis no mercado em diversos tamanhos (desde grandes estruturas para complementar alimentação de edifícios, ônibus, etc., até modelos para demonstração). O uso de catalisadores específicos ainda torna as células de combustíveis muito caras, e de difícil aplicação no mercado consumidor.
Esquema de funcionamento de uma célula O2/H2
Vários sistemas de células de combustível
Baterias de Lítio 
Lítio possui o mais alto potencial de oxidação de todos os metais, é de baixa densidade e não tóxico. Compare:
	semi-reação	
	V vs EPH
	Formula weight(mass/e-)
	Zn = Zn2+ + 2 e-
	0.76 V
	33
	Cd = Cd2+ + 2 e-
	0.83 V
	61
	Li = Li+ + e-
	3.0 V
	7
Por estes motivos, Li tem sido amplamente estudado e utilizado como material anódico. As primeiras células se tornaram comercialmente disponíveis na década de 70 com tensões (em células primárias) em torno de 4 V e densidades de energia superiores a 200 Wh/Kg, na prática. Elas possuem também longa estabilidade em estoque, sendo muito usadas com células cilíndricas ou em botão para dispositivo de baixa taxa de descarga tais como relógios e calculadoras. Elas podem operar por vários anos. Esta longa estabilidade as tornam uma excelente escolha para baterias em marca-passo cardiológico. Por causa de sua alta reatividade, Li deve ser mantido longe de água e umidade, pois podem acontecer reações violentas com liberação de hidrogênio. Eletrólitos não aquosos (líquidos orgânicos polares tais como eter dietílico ou carbonato de propileno com sais de lítio dissolvidos) são empregados nessas baterias. 
Diversos anodos têm sido empregados em células de Li:
Li + (CF)n = LiF + C
Li + MnO2 = LiMnO2
Li + FeS2 = Li2S + Fe
Li + 1/2 I2 = LiI
	Para se contornar as dificuldades de segurança associadas ao uso de Li, células de íon Lítio estão sendo desenvolvidas. Trata-se de células de concentração, ou seja, a diferença de potencial nos terminais se deve à diferença de concentração das espécies nos eletrodos. Para este fim usam-se diferentes materiais aonde o lítio pode se intercalar (e isto é facilitado pelo pequeno tamanho deste íon). Óxidos metálicos e grafite são usados como eletrodos. No estado de descarga o íon se encontra intercalado na grafite e no estado de carga se encontra intercalado no óxido.
Esquema de funcionamento da célula de íon Li
Supercapacitores
Capacitores são dispositivos que armazenam energia mantendo 2 interfaces carregadas com cargas de sinal oposto, separadas por um eletrólito. 
A energia armazena em um capacitor está relacionada com a carga , q, em cada interface e com a diferença de potencial, V, entre as duas interfaces.
Ecapacitor = q V
Uma vez que os capacitores armazenam carga somente na interface ao invés de no seio do material, eles geralmente possuem menor densidades de energia do que as células galvânicas. No entanto, a reação de carga e descarga não está limitada pela condução iônica no seio do material e por isto eles oferecem bom desempenho em descargas a elevadas taxas e consequentemente altas densidades de potência. Uma comparação entre capacitores e baterias é mostrada a seguir. 
	Dispositivo
	Densidade de Energia Volumétrica (Wh/l)
	Densidade de Potência (W/l)
	Número de ciclos de carga/descarga
	Tempo de descarga (s)
	Baterias
	50-250
	150
	1 - 103
	> 1000
	Capacitores
	0,05 - 5
	105 - 108
	105 - 106
	<1
Uma vez que não ocorrem modificações no seio do material, os processos de carga/descarga em um capacitor podem ser repetidos muito mais vezes do que em baterias. 
Supercapacitores são capacitores com áreas ativas extremamente grandes garantindo uma quantidade de carga armazenada elevada. 
_845272835/ole-[42, 4D, F6, 3B, 00, 00, 00, 00]
_996067333.doc
_845272817/ole-[42, 4D, 76, 7C, 00, 00, 00, 00]
_844236259/ole-[42, 4D, B6, 15, 02, 00, 00, 00]