A tensão de uma bateria não é arbitrária — é uma consequência direta da termodinâmica. O determinante principal é a reação eletroquímica específica que ocorre entre os materiais do ânodo e do cátodo através do eletrolito. Cada par redox possui um Potencial de Eletrodo Padrão (E°) intrínseco, e a tensão da célula é a diferença entre eles.
O trabalho elétrico máximo que uma reação pode realizar é dado pela variação da Energia Livre de Gibbs (ΔG):
ΔG° = -nFE°cell
Reorganizando: E°cell = -ΔG° / nF
A tensão é a energia por elétron liberada pela reação química específica. Químicas diferentes → ΔG° diferentes → tensões diferentes.
| Química | Reação no Ânodo (Oxidação) | Reação no Cátodo (Redução) | E°cell (V) | Nominal (V) |
|---|---|---|---|---|
| Alcalina (Zn/MnO₂) | Zn + 2OH⁻ → ZnO + H₂O + 2e⁻ | 2MnO₂ + H₂O + 2e⁻ → Mn₂O₃ + 2OH⁻ | 1,56 | 1,5 |
| Chumbo-Ácido | Pb + SO₄²⁻ → PbSO₄ + 2e⁻ | PbO₂ + 4H⁺ + SO₄²⁻ + 2e⁻ → PbSO₄ + 2H₂O | 2,05 | 2,0 (por célula) |
| NiMH | MH + OH⁻ → M + H₂O + e⁻ | NiOOH + H₂O + e⁻ → Ni(OH)₂ + OH⁻ | 1,35 | 1,2 |
| Li-ion (CoO₂/Grafite) | LiC₆ → C₆ + Li⁺ + e⁻ | CoO₂ + Li⁺ + e⁻ → LiCoO₂ | ~3,7–3,9 | 3,6–3,7 |
| LiFePO₄ (LFP) | LiC₆ → C₆ + Li⁺ + e⁻ | FePO₄ + Li⁺ + e⁻ → LiFePO₄ | 3,45 | 3,2–3,3 |
Uma "bateria" é frequentemente um pack de células em série. Tensão do Pack = Tensão da Célula × Número de Células em Série.
Você não pode "escolher" uma tensão para uma química. Você seleciona a química pela sua tensão, densidade de energia, densidade de potência, vida útil em ciclos, segurança, custo e faixa de temperatura. Depois, associa células em série/paralelo para atingir os alvos de tensão e capacidade do sistema.
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