Princípios de Operação das Baterias de Níquel-Cádmio
As baterias de níquel-cádmio apresentam a vantagem de que os materiais ativos das placas mudam apenas seu estado de oxidação, mantendo sua estrutura física. Isso impede que o eletrólito, composto por hidróxido de potássio, dissolva esses materiais, tornando as células estáveis mesmo sob carga pesada e garantindo maior durabilidade antes de necessitar substituição.
Na descarga, o material ativo da placa negativa, feito de cádmio metálico (Cd), reage com os íons hidróxido (OH⁻) do eletrólito, formando hidróxido de cádmio [Cd(OH)₂]. Durante esse processo, os elétrons liberados são transferidos para as placas positivas. Simultaneamente, os íons hidróxido da placa positiva (composta por oxi-hidróxido de níquel, NiOOH) retornam ao eletrólito, liberando mais elétrons que são enviados para a placa negativa. O eletrólito mantém sua composição de hidróxido de potássio, já que a quantidade de íons removidos é reposta, mantendo constante seu peso específico, o que impede seu uso como indicador do estado de carga.
No carregamento, ocorre o processo inverso: os íons hidróxido deixam a placa negativa, convertendo o hidróxido de cádmio em cádmio metálico, enquanto os íons no eletrólito reagem com o hidróxido de níquel, restaurando o oxi-hidróxido de níquel nas placas positivas. Quando o material ativo é completamente convertido, a bateria entra em sobrecarga, iniciando a eletrólise da água do eletrólito. Isso libera hidrogênio nas placas negativas e oxigênio nas positivas, formando uma mistura explosiva que exige precauções para evitar ignições.
A sobrecarga também causa perda de água por eletrólise, evaporação e ventilação. Aproximadamente 1 cm³ de água é perdido por eletrólise a cada 3 horas de sobrecarga, embora perdas reais sejam menores devido à recombinação parcial de hidrogênio e oxigênio dentro da célula.
Os separadores entre as placas garantem isolamento elétrico e barreira contra gases. O nylon impede o contato direto entre placas de polaridades opostas, enquanto o celofane age como barreira de gás, evitando que o oxigênio alcance as placas negativas. Caso isso ocorra, pode gerar aquecimento e danos às placas, comprometendo a bateria.
