Eletroquímica

2. Aspectos históricos

A evolução histórica da eletricidade

A eletricidade foi, por mais de dois mil anos, pouco mais que uma curiosidade de salão. Ela só se tornou uma força capaz de transformar a sociedade quando a Química entrou em cena — com uma disputa científica entre dois professores italianos, no fim do século XVIII, que deu origem à primeira bateria da história.

Contexto histórico

Os primeiros registros de fenômenos elétricos remontam à Grécia Antiga, por volta de 600 a.C., quando Tales de Mileto observou que o âmbar atraía pequenos objetos após ser atritado com tecido. Por quase 2.200 anos, porém, a eletricidade permaneceu como um fenômeno curioso e estático, sem aplicação prática.

O primeiro avanço significativo veio em 1745–1746, com a invenção da garrafa de Leiden, criada de forma independente por Ewald Georg von Kleist e Pieter van Musschenbroek. Era um dispositivo capaz de armazenar carga elétrica estática, mas sua descarga era instantânea — incapaz de fornecer uma corrente contínua.

A virada decisiva aconteceu entre as décadas de 1780 e 1800, protagonizada por dois cientistas italianos. Luigi Galvani, professor de anatomia em Bolonha, observou que as pernas de rãs dissecadas se contraíam ao serem tocadas por dois metais diferentes, e propôs em 1791 a existência de uma “eletricidade animal”, produzida pelo próprio tecido vivo. Alessandro Volta, físico da Universidade de Pavia, discordou: para ele, a eletricidade não vinha da rã, mas do contato entre os dois metais diferentes, com o tecido animal funcionando apenas como um condutor úmido.

Para provar seu ponto, Volta eliminou o tecido animal do experimento e, em 1800, construiu a pilha voltaica: uma coluna de discos de zinco e cobre intercalados com discos de tecido embebidos em salmoura. Era o primeiro dispositivo da história capaz de gerar uma corrente elétrica contínua e estável, e sua invenção é considerada o marco de nascimento da eletroquímica moderna e da bateria elétrica.

Nas décadas seguintes, a pilha de Volta foi aperfeiçoada por diversos cientistas. Em 1836, John Frederic Daniell resolveu o problema da polarização — a queda de desempenho causada pelo acúmulo de gás hidrogênio — ao separar os eletrodos em compartimentos distintos, criando uma pilha mais estável e essencial para viabilizar o telégrafo elétrico, uma das primeiras grandes redes de comunicação do mundo.

Em 1859, o francês Gaston Planté deu um passo além ao inventar a bateria de chumbo-ácido, a primeira bateria recarregável da história. Sua invenção foi aperfeiçoada em 1881 por Camille Alphonse Faure, que desenvolveu um método de produção em maior escala — o mesmo princípio, com melhorias tecnológicas, ainda usado nas baterias automotivas atuais.

O século XX trouxe a busca por baterias mais leves, seguras e recarregáveis para alimentar uma sociedade cada vez mais eletrônica. Essa busca culminou, entre as décadas de 1970 e 1990, no desenvolvimento das baterias de íon-lítio: M. Stanley Whittingham construiu a primeira bateria de lítio funcional na década de 1970; John B. Goodenough dobrou seu potencial ao desenvolver o cátodo de óxido de cobalto e lítio em 1980; e Akira Yoshino criou, em 1985, o primeiro protótipo comercialmente viável, substituindo o lítio metálico puro por um material de carbono, muito mais seguro. A Sony comercializou a primeira bateria de íon-lítio em 1991, dando início à revolução dos eletrônicos portáteis. Em 2019, os três pesquisadores dividiram o Prêmio Nobel de Química pelo desenvolvimento dessa tecnologia.

Linha do tempo

  1. O âmbar de Tales de Mileto

    O filósofo grego observa que o âmbar (élektron, em grego) atrai pequenos objetos após ser atritado com um tecido — o primeiro registro da eletricidade estática.

  2. Garrafa de Leiden

    Ewald von Kleist e Pieter van Musschenbroek criam, de forma independente, o primeiro dispositivo capaz de armazenar carga elétrica — ainda incapaz de fornecer corrente contínua.

  3. A “eletricidade animal” de Galvani

    Luigi Galvani publica seus estudos sobre contrações em pernas de rã ao contato com metais diferentes, propondo que a eletricidade seria gerada pelo próprio tecido vivo.

  4. A pilha voltaica

    Alessandro Volta constrói uma coluna de discos de zinco e cobre intercalados com discos embebidos em salmoura — a primeira fonte de corrente elétrica contínua da história.

  5. Pilha de Daniell

    John Frederic Daniell separa os eletrodos em compartimentos distintos, resolvendo o problema da polarização e fornecendo corrente estável para o telégrafo.

  6. Bateria de chumbo-ácido

    Gaston Planté inventa a primeira bateria recarregável da história — o mesmo princípio, aperfeiçoado, ainda usado em baterias automotivas.

  7. Aperfeiçoamento de Faure

    Camille Alphonse Faure desenvolve um método de produção em maior escala para a bateria de chumbo-ácido, viabilizando seu uso comercial.

  8. Primeira bateria de lítio

    M. Stanley Whittingham desenvolve, na Exxon, a primeira bateria de lítio funcional, usando dissulfeto de titânio como cátodo.

  9. Cátodo de óxido de cobalto e lítio

    John Goodenough descobre que o LiCoO₂ permite dobrar a tensão da bateria de lítio, tornando-a viável para uso comercial.

  10. Primeiro protótipo comercial

    Akira Yoshino substitui o lítio metálico por um material de carbono no ânodo, tornando a bateria muito mais segura.

  11. Lançamento comercial

    A Sony comercializa a primeira bateria de íon-lítio, dando início à revolução dos eletrônicos portáteis.

  12. Prêmio Nobel de Química

    Goodenough, Whittingham e Yoshino dividem o Nobel de Química pelo desenvolvimento das baterias de íon-lítio.

Principais cientistas

Sete pesquisadores, ao longo de mais de dois séculos, transformaram a eletricidade de curiosidade de laboratório em tecnologia do cotidiano.

Luigi Galvani

1737–1798

Italiano · eletricidade animal

Professor de anatomia em Bolonha, observou contrações em pernas de rã ao contato com metais diferentes e propôs, em 1791, que os seres vivos gerariam eletricidade própria — hipótese que motivou Volta a criar a pilha.

Alessandro Volta

1745–1827

Italiano · inventor da pilha

Físico da Universidade de Pavia, demonstrou que a eletricidade observada por Galvani vinha do contato entre metais diferentes. Construiu a pilha voltaica em 1800 e dá nome à unidade de tensão elétrica, o volt.

John F. Daniell

1790–1845

Britânico · pilha de Daniell

Químico e meteorologista, desenvolveu em 1836 uma pilha com eletrodos separados, eliminando a polarização e fornecendo corrente estável para as primeiras redes de telégrafo.

Gaston Planté

1834–1889

Francês · bateria de chumbo-ácido

Físico responsável pela primeira bateria recarregável da história, em 1859 — tecnologia que, com aperfeiçoamentos, ainda é usada em baterias automotivas.

M. Stanley Whittingham

1941–

Britânico-americano · bateria de lítio

Enquanto trabalhava na Exxon, desenvolveu na década de 1970 a primeira bateria de lítio funcional, usando dissulfeto de titânio como cátodo.

John B. Goodenough

1922–2023

Americano · cátodo de LiCoO₂

Em 1980, descobriu que o óxido de cobalto e lítio permitia dobrar a tensão da bateria de lítio, tornando-a viável para uso comercial em larga escala.

Akira Yoshino

1948–

Japonês · bateria de íon-lítio comercial

Em 1985, substituiu o lítio metálico por um material de carbono no ânodo, tornando a bateria muito mais segura e permitindo sua comercialização a partir de 1991.

Curiosidades

A origem da palavra “pilha”

O nome vem justamente da forma da invenção de Volta: uma coluna, ou pilha, de discos metálicos empilhados uns sobre os outros.

Por que “bateria”?

O termo é emprestado do vocabulário militar. Benjamin Franklin o usou, já em 1749, para descrever um conjunto de garrafas de Leiden conectadas — muito antes de existir qualquer pilha química.

Volta e Napoleão

Em 1801, Volta demonstrou sua pilha a Napoleão Bonaparte em Paris. Impressionado, Napoleão concedeu-lhe uma medalha de ouro e, mais tarde, o título de conde.

Uma homenagem em forma de unidade

A unidade de tensão elétrica do Sistema Internacional, o volt (V), foi nomeada em homenagem a Alessandro Volta em 1881, décadas após sua morte.

Da pilha ao telégrafo

A estabilidade da pilha de Daniell foi determinante para o sucesso do telégrafo elétrico, permitindo comunicação quase instantânea entre cidades distantes pela primeira vez na história.

Um Nobel para o bolso

As baterias de íon-lítio, reconhecidas com o Nobel de Química de 2019, tornaram possível praticamente toda a eletrônica portátil moderna — do smartphone ao carro elétrico.