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A bateria de iões de lítio, ou bateria de iões de lítio, é um tipo de bateria recarregável que é utilizada em muitas aplicações, mas mais frequentemente na indústria eletrónica. As baterias de iões de lítio fornecem eletricidade portátil, alimentando aparelhos electrónicos como telemóveis, computadores portáteis e tablets. As baterias de iões de lítio também são utilizadas para fornecer energia a equipamento médico, veículos eléctricos e ferramentas eléctricas. As baterias de lítio têm uma longa lista de aplicações no mundo real, para além das aplicações do seu telemóvel. Desde equipamento médico que salva vidas a iates de luxo, as baterias de lítio mantêm o essencial e o conforto da vida moderna a funcionar com segurança e fiabilidade.

As baterias de lítio existem desde os anos 90 e tornaram-se a escolha ideal para alimentar tudo, desde telemóveis e computadores portáteis a pacemakers, ferramentas eléctricas, equipamento médico que salva vidas e scooters de mobilidade pessoal. Continue a ler se quiser saber mais sobre algumas das utilizações destas baterias recarregáveis que são fabricadas com a tecnologia de células metálicas de iões de lítio.

As baterias de iões de lítio existem em diferentes tipos, mas são geralmente constituídas pelos seguintes componentes:

• Cátodo ou elétrodo positivo: Fonte de iões de lítio que determina a capacidade e a tensão da bateria
• Ânodo ou elétrodo negativo: Secção que armazena e liberta iões através de uma unidade externa
• Eletrólito: Meio que transporta os iões entre o cátodo e o ânodo
• Separador: Barreira que impede que o cátodo e o ânodo entrem em contacto um com o outro

Estes componentes principais têm de estar presentes numa bateria de iões de lítio para que esta funcione corretamente.

O que é uma pilha de lítio?

A tecnologia das baterias de iões de lítio utiliza iões metálicos de lítio como componente-chave da sua eletroquímica.

Os iões de lítio metálicos tornaram-se uma escolha popular para baterias devido à sua elevada densidade energética e baixo peso. Um exemplo notável é a bateria de iões de lítio, que é utilizada numa vasta gama de dispositivos electrónicos, desde smartphones a computadores portáteis. Outro tipo, a bateria de fosfato de ferro e lítio, oferece maior estabilidade e uma vida útil mais longa. Isto torna-as adequadas para utilização em veículos eléctricos e sistemas de armazenamento de energia em grande escala.

Basicamente, a bateria de lítio tem quatro componentes principais.

• Material do cátodo: O material utilizado para o elétrodo positivo determina a tensão e a capacidade da bateria de iões de lítio, além de ser a fonte dos iões de lítio. Existem vários materiais para o cátodo. Por exemplo, uma bateria de fosfato de lítio e ferro (LiFEPO4) utiliza fosfato de lítio e ferro como material catódico.
• Material do ânodo: Quando a bateria de iões de lítio está a ser carregada, o material do ânodo do elétrodo negativo é o que a corrente eléctrica atravessa a partir de um circuito externo. É também onde os iões de lítio são armazenados.
• Eletrólito: É constituído por aditivos, solventes e sais. É o condutor entre o cátodo e o ânodo.
• Separador: É o que separa os materiais do ânodo e do cátodo.

As sete principais utilizações da bateria de iões de lítio recarregável

1. Reserva de energia de emergência ou UPS (fonte de alimentação ininterrupta)

Ter uma bateria de lítio para uma reserva de energia de emergência ou UPS protege-o da tradicional perda ou instabilidade de energia. É diferente de um gerador ou de outra reserva de energia de emergência na medida em que fornece energia quase instantânea para fazer funcionar (ou desligar em segurança) o equipamento a que está ligado. Os sistemas de backup de energia de emergência beneficiam equipamentos críticos: computadores, tecnologia de comunicação e tecnologia médica.

2. Energia eléctrica e de veículos de recreio fiável

A bateria de lítio oferece energia fiável, estável e duradoura - a melhor solução para se manter confortável e explorar locais remotos em segurança. Com uma vida útil de mais de dez anos, as baterias de lítio fornecem energia para viagens longas e perdem pouca energia entre utilizações. A bateria de lítio leve alimenta a sua caravana ou veículo elétrico com maior eficiência devido ao peso e tamanho reduzidos em comparação com a bateria de chumbo-ácido.

3. Desempenho marítimo fiável e leve

A mistura de água e eletricidade pode dar origem a inúmeros problemas. A bateria de lítio permite-lhe concentrar-se na diversão de estar na água e não na preocupação de saber se o seu motor marítimo arranca no final de um longo dia.

A atualização do seu barco para uma bateria de lítio recarregável de longa duração proporciona-lhe anos de arranques fiáveis do motor com uma fração do peso de uma bateria tradicional de chumbo-ácido.

Quer necessite de alimentar um pequeno motor de corrico ou todas as comodidades de casa num iate, as baterias de lítio são capazes e fiáveis.

4. Armazenamento de energia solar

A utilização de energia solar nos Estados Unidos aumentou 30% de 2013 para 2014. Mesmo no deserto, há dias em que o sol não brilha ou alturas em que o seu equipamento solar precisa de ser reparado. Evite ficar às escuras com a bateria de lítio para armazenamento de energia solar.

As baterias de lítio recarregáveis são a melhor combinação para os painéis solares devido à forma como carregam e à rapidez com que o fazem. Os painéis solares produzem uma carga de baixa resistência, que é o que a bateria de lítio exige. Além disso, as baterias de lítio carregam rapidamente - permitindo-lhe maximizar o potencial de armazenamento de energia solar de cada dia de luz solar.

Para saber mais sobre como calcular as suas necessidades energéticas e encontrar a bateria ideal para a sua aplicação e utilização, visite a nossa Ferramenta de seleção de baterias de lítio.

5. Sistemas de vigilância ou de alarme em locais remotos

Não deixe que a ausência de eletricidade com fios limite a sua segurança. Precisa de monitorizar perímetros remotos, uma frota de veículos, locais de trabalho ou uma localização temporária onde não é possível instalar um sistema de alarme permanente? Proteja qualquer um desses locais difíceis com um sistema de vigilância ou alarme alimentado por bateria de lítio.

As baterias de lítio recarregáveis são ideais para sistemas de monitorização remota devido à sua longa duração, tamanho reduzido e por não perderem energia através de auto-descarga durante o tempo em que o sistema está inativo. As baterias de lítio têm uma taxa de auto-descarga 10 vezes inferior à das baterias de chumbo-ácido, o que as torna ideais para situações em que não estão a ser utilizadas continuamente.

6. Liberdade pessoal com equipamento de mobilidade

A tecnologia moderna tornou a vida quotidiana mais fácil para as pessoas com restrições de mobilidade. Desde cadeiras de rodas eléctricas a elevadores de escadas, muitas pessoas dependem de tecnologia de mobilidade fiável para viverem uma vida independente. As baterias de lítio leves são a escolha ideal para equipamento de mobilidade, uma vez que oferecem personalização do tamanho, uma vida útil mais longa, carregamento rápido, uma baixa taxa de auto-descarga e um tempo de funcionamento alargado quando comparadas com as de chumbo-ácido.

7. Grupos de alimentação portáteis que eliminam o tempo de inatividade

As baterias de lítio recarregáveis são conhecidas por alimentarem os nossos telemóveis e os mais recentes computadores portáteis leves. As pilhas de lítio são mais leves e mais pequenas do que as pilhas de chumbo-ácido. Também toleram o movimento e as mudanças de temperatura, bem como mantêm o fornecimento de energia durante a utilização.

Riscos ambientais e de segurança da bateria de iões de lítio

Apesar da sua utilização generalizada e do armazenamento eficiente em termos energéticos, a bateria de iões de lítio não é perfeita; pode constituir um risco para a segurança se for produzida, utilizada e armazenada incorretamente. Como a bateria contém electrólitos inflamáveis, a bateria de iões de lítio tem tendência para ficar pressurizada ao ponto de explodir se sofrer algum dano estrutural. Quando carregada demasiado depressa, a bateria de iões de lítio pode também correr o risco de entrar em curto-circuito e provocar uma explosão.

Por este motivo, e devido à sua utilização generalizada na maioria dos produtos comerciais, as normas de segurança e os testes de segurança das baterias de iões de lítio são muito mais rigorosos do que os de outros tipos de baterias. Os electrólitos inflamáveis presentes na bateria de iões de lítio significam que uma produção inadequada pode levar a resultados frequentemente desastrosos.

As baterias de iões de lítio também são susceptíveis de sofrer danos quando carregadas para além dos seus limites de tensão. Normalmente, uma bateria de iões de lítio tem um intervalo de tensão entre 2,5 e 3,65 volts (ou até 4,35 V, dependendo da composição da célula). Exceder esta voltagem devido a um carregamento incorreto pode levar a um envelhecimento prematuro das células da bateria, o que, na melhor das hipóteses, significa que a bateria armazena energia de forma menos eficiente ou, na pior das hipóteses, provoca a explosão dos componentes reactivos nas células.

Quando armazenada durante demasiado tempo, a bateria de iões de lítio pode também degradar-se prematuramente, o que significa que não será capaz de atingir a sua gama de voltagem normal quando for finalmente utilizada. Embora as pilhas de iões de lítio utilizem metais "menos tóxicos", como o ferro, o níquel, o cobre e o cobalto (e sejam classificadas como tal), a sua produção e o seu método de eliminação podem continuar a representar um perigo substancial para o ambiente.

Embora os componentes metálicos da bateria de iões de lítio sejam recicláveis e até seguros para incineração e aterros, a sua reutilização e reprodução noutros produtos é um processo moroso e dispendioso, o que, por sua vez, leva os fabricantes a renunciar à reciclagem e a extrair apenas novos componentes.

Tipos de bateria de iões de lítio

As baterias de iões de lítio são classificadas com base nos materiais activos utilizados na sua química. Cada tipo de bateria de iões de lítio tem as suas próprias vantagens e desvantagens. Basicamente, existem 6 tipos de baterias de iões de lítio disponíveis no mercado, que são

Bateria de fosfato de ferro e lítio (LiFePO4) ou LFP

O fosfato é utilizado como cátodo e a grafite como ânodo. O LFP proporciona uma boa estabilidade térmica e um bom desempenho.

Utilizações: As LFP são a bateria de iões de lítio mais comum utilizada para substituir a bateria convencional de chumbo-ácido.

Vantagens: Segurança, durabilidade e longo ciclo de vida.

Desvantagens: O desempenho é prejudicado a baixas temperaturas e têm também uma energia específica baixa.

Óxido de lítio-cobalto (LCO)

Estas baterias têm uma energia específica elevada mas uma potência específica baixa.

• Utilizações: Pequenos artigos electrónicos portáteis, tais como telemóveis, computadores portáteis, máquinas fotográficas, etc.
• Vantagens: A bateria LCO fornece energia durante um longo período de tempo devido à sua elevada energia específica.
• Desvantagens: Custo elevado, vida útil mais curta, não pode ser utilizado para aplicações de carga elevada.

Óxido de lítio e magnésio (LMO)

Os LMO utilizam MgO2 como material catódico, o que melhora o fluxo de iões.

• Utilizações: Ferramentas eléctricas portáteis, veículos eléctricos e híbridos, instrumentos médicos.
• Vantagens: Carregamento rápido, fornecimento de corrente elevada, melhor estabilidade térmica, segurança.
• Desvantagens: A vida útil curta é o maior inconveniente do LMO.

Óxido de lítio, níquel, manganês e cobalto (NMC)

A combinação de Níquel, Manganês e Cobalto produz uma química estável com elevada energia específica.

• Utilizações: Ferramentas eléctricas, grupos motopropulsores eléctricos para bicicletas eléctricas e alguns veículos eléctricos.
• Vantagens: Elevada densidade energética, ciclo de vida mais longo e custo mais baixo.
• Desvantagens: Tensão de saída inferior à da bateria à base de cobalto.

Óxido de lítio, níquel, cobalto e alumínio (NCA)

Pode fornecer uma quantidade elevada de corrente durante um período de tempo prolongado.

• Utilizações: Mais popular no mercado de veículos eléctricos, por exemplo, carros Tesla.
• Vantagens: Elevada energia com um tempo de vida útil decente e pode funcionar em aplicações de carga elevada.
• Desvantagens: A bateria NCA é cara e comparativamente menos segura.

Vantagens e desvantagens da bateria de iões de lítio

Atualmente, a bateria de iões de lítio está a tornar-se popular e a substituir o tipo de bateria convencional a um ritmo muito rápido. Para obtermos o melhor desempenho de uma bateria de iões de lítio, é muito importante compreendermos não só as vantagens, mas também as desvantagens desta tecnologia de baterias.

Vantagens

• Alta densidade energética: Esta é a vantagem mais proeminente da lib. A densidade de energia permite que a bateria forneça energia durante um período mais longo entre carregamentos e também possibilita a sua adaptação a vários tipos de tamanho.
• Auto-descarga: As LIBs têm uma taxa de auto-descarga comparativamente muito baixa em relação aos outros tipos de bateria. A taxa de auto-descarga de uma LIB é de cerca de 4,5% nas primeiras 4 horas, diminuindo drasticamente para 1 a 2% por mês depois disso.
• Manutenção reduzida: Por um lado, outras baterias, como as baterias de chumbo-ácido, requerem recargas periódicas e as baterias de níquel-cádmio necessitam de descargas periódicas; as LIB, por outro lado, não requerem qualquer manutenção ativa.
• Disponível em vários tamanhos: Devido à sua disponibilidade em vários tamanhos, as LIBs têm uma vasta gama de aplicações e, por conseguinte, podem ser utilizadas de forma quase universal, desde relógios inteligentes e telemóveis a veículos eléctricos, ferramentas eléctricas e tecnologia aeroespacial.
• Alta tensão: As LIB fornecem uma tensão constante de 3,6 volts até à descarga, enquanto as outras baterias fornecem uma tensão de 1,5 a 2 volts por célula. Isto ajuda a produção de alta tensão por célula e uma única célula pode satisfazer as necessidades energéticas de um smartphone.

Desvantagens

• Requisitos do sistema de gestão da bateria: As LIB exigem um circuito de proteção incorporado para garantir o funcionamento da bateria dentro de limites de segurança. Estas baterias também necessitam de proteção contra sobrecargas e descargas excessivas.
• Envelhecimento: Esta é uma das principais desvantagens das LIBs e o envelhecimento não depende apenas do tempo, mas também do número de ciclos de carga-descarga. As LIBs também envelhecem independentemente do facto de estarem ou não a ser utilizadas.
• Custo: Normalmente, o custo de fabrico de uma pilha LIB normal é 40% superior ao de uma pilha de níquel-cádmio. Por conseguinte, o custo global dos bens de consumo produzidos em massa aumenta. Isto pode ser bem compreendido pelo facto de os veículos eléctricos serem muito mais caros do que as suas variantes baseadas em combustíveis fósseis.
• Impactos ambientais: A extração do lítio e o processo de fabrico das LIB têm um impacto negativo no ambiente e o facto de utilizarem metais tóxicos como o níquel, o cobalto, o magnésio, etc., agrava ainda mais a situação.

Perguntas mais frequentes: