Estudo Técnico e Tratamento de um Conjunto de Baterias Iniciais

Oct 18, 2023

A evolução das baterias acompanha nossos avanços tanto na química quanto na ciência dos materiais. Eles serviram como uma fonte de energia portátil permitindo inovações contínuas na tecnologia aeroespacial e têm sido utilizados desde as origens da aviação. Um exemplo dessa evolução é o conjunto de baterias visto abaixo. Eles fazem parte dos experimentos de laboratório de Samuel Langley do Museu, fornecendo energia para os experimentos científicos e de aviação posteriores de Langley.

Langley viveu de 1834 a 1906 e foi um pioneiro da aviação. Ele ficou conhecido por seus modelos e aeródromos movidos a elásticos e competiu contra os irmãos Wright na corrida para desenvolver a primeira máquina voadora funcional. Langley também serviu como o terceiro secretário da Smithsonian Institution e construiu algumas de suas primeiras aeronaves experimentais atrás do Castelo Smithsonian.

As baterias retratadas forneciam cerca de 1,4 volts e 12-16 amperes, o que é muito melhor em relação às formas anteriores desse tipo de célula de bateria. Essas baterias específicas foram fabricadas pela Samson Battery Company/Electric Goods Manufacturing Company em Boston, Massachusetts, por volta do final do século XIX. Baterias de frasco de Sampson, como essas, eram usadas para alimentar campainhas, telefones, iluminação elétrica antiga e pequenos eletrônicos. Eles representam um período em que as baterias estavam passando por uma revolução técnica e se tornando mais comuns na vida dos americanos.

A série de cinco células de bateria é composta por frascos retangulares de vidro azul água com tampas. No topo de cada tampa há um terminal positivo central e um terminal negativo de um lado. Penduradas nas tampas estão hastes de zinco cercadas por cilindros de carbono-manganês. Cada célula teria sido ligada à outra em série, formando assim uma "bateria". Quando em uso, cada frasco teria sido preenchido com sal-amoníaco (cloreto de amônio) e água que atuaria como solução eletrolítica.

Essas baterias sofreram extensa corrosão na haste de zinco que forma o terminal positivo. A força externa da corrosão quebrou vários dos isoladores de cerâmica onde a haste encontra a tampa. Além disso, o produto de corrosão de zinco solto se espalhou pela superfície das tampas (como visto na imagem acima). Os componentes de cobre e ferrosos dos terminais e fios também desenvolveram corrosão.

Técnicas analíticas foram usadas para obter uma compreensão mais profunda dos vários componentes antes que os tratamentos de conservação ocorressem.

A fotografia ultravioleta (UV) é usada para ajudar a identificar características de superfície não detectáveis ​​sob luz visível e para caracterizar materiais.

A luz ultravioleta mostrou duas características particularmente interessantes: uma fluorescência brilhante no topo da tampa e a tonalidade verde do vidro.

É típico da corrosão do zinco apresentar uma fluorescência azul-esverdeada clara. A tonalidade verde fluorescente induzida por UV da jarra de vidro provavelmente foi causada por um aditivo no vidro. Uma teoria é que a fluorescência pode ser causada pelo uso de urânio no vidro. Essa era uma prática comum de produção de vidro entre as décadas de 1880 e 1920.3 No entanto, essa teoria foi refutada pela análise de XRF (consulte a seção abaixo) e pelo teste de radiação do vidro com um contador Geiger. Outra explicação para esse brilho misterioso é a adição de manganês ao vidro. Essa tem sido uma prática há séculos para ajudar a remover a cor verde escura do vidro causada por impurezas de ferro submetidas a uma reação de oxidação-redução (redox) durante a produção.

Para confirmar essa teoria, usamos a Fluorescência de Raios-X (XRF) — uma técnica usada para identificar de forma não destrutiva elementos inorgânicos dentro de um material — em vários componentes da bateria "A". A jarra de vidro apresentou elementos de cobre e manganês, que podem contribuir para a cor azul água do vidro. A presença de manganês é consistente com a fluorescência verde observada nas fotografias UV.

Também coletamos e analisamos pedaços soltos de material usando espectroscopia infravermelha de transformada de Fourier (FTIR). Essa técnica cria um espectro infravermelho da absorção do material. Analisamos uma amostra de material ceroso encontrado dentro do frasco e na parte superior dos componentes internos e descobrimos que se tratava de cera de parafina. Isso é consistente com um relatório encontrado na edição de 1901 de "Electric Gas Lighting".2 A cera de parafina foi usada como uma camada protetora no topo do frasco e na tampa para repelir qualquer solução eletrolítica que pudesse ter derramado durante o uso.