O elemento chave na mobilidade dos dispositivos electrónicos é a bateria recarregável (bateria). As exigências crescentes para assegurar a maior autonomia possível têm impulsionado a investigação contínua nesta área e levado ao desenvolvimento de novas soluções tecnológicas.
Foi introduzida uma alternativa às amplamente utilizadas baterias de Ni-Cd e Ni-MH, primeiro as baterias de lítio e depois as baterias de iões de lítio mais avançadas.
Conteúdos
História
As primeiras baterias deste tipo tiveram origem nos anos 70. Foram imediatamente solicitados devido ao seu melhor desempenho. O ânodo celular foi feito do lítio metálico, cujas propriedades tornaram possível aumentar a densidade energética. Desta forma, foram desenvolvidas baterias de lítio.
As novas baterias tinham uma grande desvantagem - um maior risco de explosão e de ignição. A razão foi a formação de uma película de lítio na superfície dos eléctrodos, o que levou à instabilidade da temperatura. Com a carga máxima, a bateria pode explodir.
Um refinamento da tecnologia levou ao abandono de lítio puro nos componentes da bateria a favor da utilização de iões com carga positiva. A bateria de iões de lítio provou ser uma solução de sucesso.
Este tipo de bateria tem uma margem de segurança mais elevada devido a uma densidade de energia ligeiramente inferior, mas os avanços da tecnologia tornaram possível minimizar a desvantagem.
O dispositivo
A introdução de baterias de iões de lítio na electrónica de consumo registou um avanço com o desenvolvimento de uma bateria com um cátodo feito de material de carbono (grafite) e um ânodo feito de óxido de cobalto.
O processo de descarga remove os iões de lítio do material catódico e incorpora-os no óxido de cobalto do eléctrodo oposto; durante a carga, o processo ocorre na direcção oposta. Desta forma, os iões de lítio criam a corrente eléctrica ao passar de um eléctrodo para o outro.
As baterias de iões de lítio são produzidas em desenhos cilíndricos e prismáticos. No desenho cilíndrico, duas fitas de eléctrodos planos separados por material impregnado de electrólito são enroladas e colocadas num invólucro metálico selado. O material catódico é aplicado em folha de alumínio e o material anódico em folha de cobre.
O desenho prismático da bateria é obtido empilhando placas rectangulares umas em cima das outras. Esta forma da bateria torna possível tornar a disposição do dispositivo electrónico mais densa. As baterias prismáticas estão também disponíveis com eléctrodos enrolados, torcidos numa espiral.
Funcionamento e vida
Um funcionamento longo, fiável e seguro das baterias de iões de lítio depende do uso adequado, a não observação deste facto não só encurta a vida útil do produto, como também pode levar a consequências negativas.
Operação
O requisito fundamental para o funcionamento das baterias de iões de lítio é a temperatura - o sobreaquecimento deve ser evitado. As altas temperaturas podem causar danos máximos, e o sobreaquecimento pode ser causado por uma fonte externa, bem como por práticas de carga e descarga estressantes.
Por exemplo, o aquecimento até 45°C reduzirá a capacidade da bateria de manter uma carga em até 2 vezes. Esta temperatura pode ser facilmente atingida expondo o dispositivo ao sol durante longos períodos de tempo ou em aplicações intensivas de energia.
Se o produto sobreaquecer, é aconselhável colocá-lo num local fresco, de preferência com a bateria desligada e removida.
No calor do Verão, o modo de poupança de energia da bateria, que está disponível na maioria dos dispositivos móveis, deve ser utilizado para a manter a funcionar no seu melhor.
As baixas temperaturas também têm um efeito negativo nas baterias de iões de lítio, a temperaturas inferiores a -4°C a bateria já não pode fornecer a sua capacidade total.
No entanto, o frio não é tão prejudicial para as baterias de iões de lítio como as altas temperaturas e, na maioria das vezes, não causará danos permanentes. Embora o desempenho da bateria seja totalmente restaurado após o aquecimento até à temperatura ambiente, a redução da capacidade no frio não deve ser esquecida.
Outra regra geral para as baterias de iões de lítio é não permitir que estas sejam profundamente descarregadas. Muitas gerações anteriores de baterias tinham um efeito de memória que exigia descarregá-las a zero e depois carregá-las completamente. As baterias de iões de lítio não têm este efeito, com descargas totais ocasionais sem efeitos adversos, mas as descargas profundas contínuas são prejudiciais. Recomenda-se que o carregador seja ligado a um nível de carga de 30%.
Tempo de vida
O uso incorrecto de baterias de iões de lítio pode encurtar a sua vida útil por um factor de 10 a 12. Este termo está directamente relacionado com o número de ciclos de carregamento. Estima-se que as baterias de iões de lítio podem ser utilizadas entre 500 e 1000 ciclos em estado totalmente descarregado. Uma maior percentagem da carga restante antes da próxima carga aumentará significativamente a vida útil da bateria.
Como a duração da vida útil das baterias de iões de lítio é, em grande medida, determinada pelas condições de funcionamento, não é possível dar uma esperança de vida exacta para estas baterias. Em média, pode-se esperar que uma bateria deste tipo dure 7-10 anos se forem cumpridas as condições exigidas.
Processo de carregamento
Evite ligar a bateria ao carregador durante um período de tempo excessivo ao carregar. A bateria de iões de lítio funcionará normalmente com uma voltagem não superior a 3,6 volts. Os carregadores aplicam 4,2V à entrada da bateria durante o processo de carregamento. Se o tempo de carga for excedido, podem começar reacções electroquímicas indesejáveis na bateria, o que levará ao sobreaquecimento com todas as consequências daí resultantes.
Os programadores tiveram em conta tal característica - a segurança do carregamento das baterias modernas de iões de lítio é controlada por um dispositivo especial integrado que pára o processo de carregamento se a tensão exceder o nível admissível.
Para baterias de lítio, um método de carregamento em duas fases é a forma correcta de as carregar. A primeira fase consiste em carregar a bateria fornecendo uma corrente de carga constante, a segunda fase consiste em fornecer uma tensão constante e reduzir gradualmente a corrente de carga. Este algoritmo é hardware implementado na maioria dos carregadores de baterias domésticas.
Armazenamento e eliminação
Uma bateria de iões de lítio pode ser armazenada durante muito tempo, com uma auto-descarga de 10-20% por ano. No entanto, as características do produto (degradação) deterioram-se gradualmente com o tempo.
A bateria deve ser armazenada a +5°C a +25°C e protegida da humidade. Evitar vibrações fortes, choques ou contacto com chamas abertas.
A reciclagem de células de iões de lítio deve ser efectuada por uma instalação de reciclagem aprovada. Aproximadamente 80% dos materiais das baterias recicladas podem ser reutilizados na produção de novas baterias.
Segurança
Uma bateria de iões de lítio, mesmo no seu tamanho miniatura, comporta um risco de auto-ignição explosiva. A característica especial deste tipo de bateria exige precauções de segurança em todas as fases, desde a concepção até à produção e armazenamento.
Para melhorar a segurança das baterias de iões de lítio, uma pequena placa de circuito electrónico, um sistema de controlo e gestão concebido para evitar sobrecarga e sobreaquecimento, é colocada no interior da bateria durante o fabrico. O mecanismo electrónico aumenta a resistência do circuito quando a temperatura sobe acima de um limite pré-determinado. Alguns modelos de bateria têm um interruptor mecânico incorporado que abre o circuito quando a pressão no interior da bateria aumenta.
As caixas das baterias são também frequentemente equipadas com uma válvula de segurança, que liberta a pressão em caso de emergência.
Prós e contras das pilhas de lítio
As vantagens deste tipo de bateria são:
- alta densidade energética;
- sem efeito de memória;
- longa vida útil;
- baixa taxa de auto-descarga;
- sem necessidade de manutenção;
- sem necessidade de manutenção; sem necessidade de manutenção; sem necessidade de manutenção.
A bateria de lítio também tem desvantagens, tais como
- risco de auto-ignição;
- custo mais elevado do que os seus antecessores;
- a necessidade de um controlador incorporado;
- indesejabilidade de descarga profunda.
A tecnologia das baterias de iões de lítio está constantemente a melhorar, muitas deficiências estão gradualmente a tornar-se uma coisa do passado.
Aplicações
A alta densidade de energia das baterias de iões de lítio determina o seu principal campo de aplicação - dispositivos electrónicos móveis: computadores portáteis, tablets, smartphones, câmaras de vídeo, câmaras fotográficas, sistemas de navegação, vários sensores incorporados e outros produtos.
A existência do factor de forma cilíndrica destas baterias permite a sua utilização em tochas, telefones fixos e outros dispositivos que anteriormente consumiam energia de baterias descartáveis.
O princípio de construção da bateria de lítio-ião tem várias variedades, os tipos diferem no tipo de materiais utilizados (lítio-cobalto, lítio-manganês, lítio-níquel-manganês-óxido de cobalto, etc.). Cada um encontra a sua própria aplicação.
Para além da electrónica móvel, o grupo de baterias de iões de lítio é utilizado nas seguintes aplicações
- ferramentas eléctricas portáteis;
- equipamento médico portátil;
- fontes de alimentação ininterruptas;
- sistemas de segurança;
- módulos de iluminação de emergência;
- centrais de energia solar;
- carros eléctricos e bicicletas eléctricas.
Dados os constantes avanços na tecnologia de iões de lítio e o sucesso das baterias de alta capacidade e de pequeno porte, podemos prever que a gama de aplicações para tais baterias continuará a expandir-se.
Rotulagem
As baterias de iões de lítio são marcadas na caixa exterior do produto e a codificação pode variar acentuadamente de tamanho para tamanho. Ainda não foi desenvolvida uma norma comum para todos os fabricantes de baterias, mas ainda é possível compreender os parâmetros mais importantes por si próprio.
As letras na linha indicam o tipo de célula e os materiais utilizados: a primeira letra I indica a tecnologia de iões de lítio, a letra seguinte (C, M, F ou N) especifica a composição química, a terceira letra R significa que a célula é recarregável.
Os números na designação do tamanho indicam o tamanho da bateria em milímetros: os dois primeiros números indicam o diâmetro e os outros dois o comprimento. Por exemplo, 18650 indica que o diâmetro é 18 mm e o comprimento é 65 mm, 0 indica o factor de forma cilíndrica.
As últimas letras e números na linha são marcações de capacidade específicas do fabricante. Também não existem normas uniformes para indicar a data de fabrico.
