Baterias são sistemas que armazenam energia química e a liberam como energia elétrica quando são conectadas a um circuito. As baterias podem ser feitas de vários materiais, mas todas compartilham três componentes principais: um ânodo de metal, um cátodo de metal e um eletrólito entre eles. O eletrólito é uma solução iônica que permite que a carga flua pelo sistema. Quando uma carga, como uma lâmpada, é conectada, ocorre uma reação de oxidação-redução que libera elétrons do ânodo enquanto o cátodo ganha elétrons (ver referência 1).
As baterias podem ser extremamente simples. Batatas contêm ácido fosfórico suficiente para atuar como eletrólito e você pode usá-las para fazer uma bateria simples de baixa voltagem. Para faça uma bateria de batata, você precisará de um pedaço de zinco, como um prego revestido de zinco, e um pedaço de cobre, como um fio de cobre ou uma moeda de um centavo. Cole os dois itens na batata e prenda-os a qualquer coisa que você quiser ligar, como um relógio ou uma luz LED. O zinco atua como ânodo, o cobre atua como cátodo e você tem uma bateria. Ele também funcionará com o ácido cítrico em um limão (ver referências 2 e 5).
Você não precisa produzir para fazer uma bateria simples. Uma das primeiras baterias, inventada por Alessandro Volta, é a pilha voltaica. É uma pilha de folhas alternadas de zinco e cobre separadas por papel embebido em água salgada ou vinagre, criando uma série de células de bateria finas. Conectar os fios da parte superior e inferior da pilha a uma carga completa o circuito. A voltagem produzida é limitada porque o peso da pilha pode eventualmente espremer o eletrólito de entre as camadas mais inferiores (consulte as referências 3 e 5).
Se precisar de mais voltagem, faça uma célula de Daniell, inventada por John Fredric Daniell. Uma célula de Daniell é composta de uma tira de cobre em uma solução de sulfato de cobre e uma tira de zinco em uma solução de sulfato de zinco. Uma ponte salina conecta as duas soluções eletrolíticas. As células podem ser conectadas em série para tensões mais altas. Como acontece com outras baterias simples, o zinco perde elétrons enquanto o cobre ganha elétrons (consulte as referências 4 e 5).
As baterias disponíveis comercialmente usam uma variedade de metais e eletrólitos. Os ânodos podem ser feitos de zinco, alumínio, lítio, cádmio, ferro, chumbo metálico, lantanídeo ou grafite. Os cátodos podem ser feitos de dióxido de manganês, óxido de mercúrio, oxihidróxido de níquel, dióxido de chumbo ou óxido de lítio. O hidróxido de potássio é o eletrólito usado na maioria dos tipos de bateria, mas algumas baterias usam cloreto de amônio ou zinco, cloreto de tionila, ácido sulfúrico ou óxidos de metal litiado. A combinação exata varia de acordo com o tipo de bateria. Por exemplo, baterias alcalinas de uso único comuns usam um ânodo de zinco, um cátodo de dióxido de manganês e hidróxido de potássio como eletrólito (consulte a referência 6).