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Antes de a bateria de iões de lítio entrar em cena, o níquel-cádmio era o padrão - o lítio tem cerca do dobro da densidade energética do níquel-cádmio, o que faz com que seja uma opção de bateria muito mais potente.

A adoção da bateria de iões de lítio aumentou significativamente nos tempos actuais. Isto deve-se ao facto de a bateria de iões de lítio durar muito tempo, ter uma elevada frequência de energia e ser de fabrico acessível. As vantagens da bateria de iões de lítio incluem a sua natureza recarregável e altamente portátil. Para tirar o melhor partido da tecnologia da bateria de iões de lítio, é necessário conhecer não só as vantagens, mas também as limitações ou desvantagens. Desta forma, podem ser utilizadas da melhor forma possível, de acordo com os seus pontos fortes.

Quais são as vantagens e desvantagens da bateria de iões de lítio?

Vantagens da bateria de iões de lítio:

• Elevada densidade energética - A bateria de iões de lítio pode ter uma elevada capacidade de energia sem ser demasiado volumosa. Esta é uma das principais razões pelas quais são tão populares na indústria dos dispositivos portáteis.
• Pequeno e leve - A bateria de iões de lítio é mais leve e mais pequena do que outras baterias recarregáveis, tendo em conta a capacidade da bateria. Isto torna-a mais prática em dispositivos electrónicos de consumo portáteis, nos quais as especificações físicas, como o peso e o formato, são consideradas pontos de venda importantes.
• Baixa auto-descarga - A bateria de iões de lítio tem uma taxa de auto-descarga extremamente baixa de cerca de 1,5-3,0 por cento por mês. Isto significa que a bateria tem uma vida útil mais longa quando não está a ser utilizada, uma vez que se descarrega mais lentamente do que outras baterias recarregáveis. Tenha em atenção que a bateria de níquel-hidreto metálico tem uma auto-descarga de 20% por mês.
• Efeito de não memória - A bateria de iões de lítio tem um efeito de memória nulo ou mínimo. Tenha em atenção que o efeito de memória é um fenómeno observado nas pilhas recarregáveis, em que estas perdem a sua capacidade máxima de energia quando são recarregadas repetidamente após terem sido apenas parcialmente descarregadas. Este efeito de memória é comum nas pilhas recarregáveis de níquel-hidreto metálico.
• Carregamento rápido - A bateria de iões de lítio é mais rápida a carregar do que outras baterias recarregáveis. Na verdade, demora uma fração de tempo a carregar quando comparada com as suas congéneres.
• Alta tensão de circuito aberto - A bateria de iões de lítio tem uma tensão de circuito aberto mais elevada do que outras baterias aquosas, como as de chumbo-ácido, níquel-hidreto metálico e níquel-cádmio.
• Longa vida útil - A bateria de iões de lítio pode suportar centenas de ciclos de carga-descarga. Algumas baterias de iões de lítio perdem 20% da capacidade inicial após 500 ciclos, enquanto as baterias de iões de lítio mais avançadas ainda têm capacidade após 2000 ciclos.
• Manutenção reduzida - A bateria de iões de lítio não necessita de manutenção para garantir o seu desempenho, uma vez que tem um efeito de memória nulo ou reduzido e uma baixa auto-descarga.
• Sem necessidade de escorvamento - Algumas células recarregáveis precisam de ser preparadas quando recebem a sua primeira carga. Este requisito não se aplica às pilhas e baterias de iões de lítio.
• Variedade de tipos disponíveis - Existem vários tipos de células de iões de lítio disponíveis com forma cilíndrica ou prismática. Esta vantagem da bateria de iões de lítio significa que pode ser utilizada a tecnologia certa para a aplicação específica necessária.

Desvantagens da bateria de iões de lítio:

• Caro - A produção de baterias de iões de lítio pode ser bastante dispendiosa. O custo global de produção destas baterias é cerca de 40% superior ao das baterias de níquel-hidreto metálico.
• Proteção necessária - As células e a bateria de iões de lítio não são tão robustas como algumas outras tecnologias recarregáveis, pelo que requerem proteção contra o excesso de carga e descarga.
• Efeito do envelhecimento - A bateria de iões de lítio degrada-se naturalmente com o envelhecimento. Normalmente, a bateria de iões de lítio só consegue suportar 500 a 1000 ciclos de carga e descarga antes de a sua capacidade cair para 50%.
• Problemas de transporte - Esta desvantagem das baterias de iões de lítio tornou-se evidente nos últimos anos. Existem muitas restrições ao transporte aéreo de baterias de iões de lítio, especialmente de grandes quantidades.
• Descarga profunda - A bateria de iões de lítio tem uma baixa auto-descarga. A integridade geral desta bateria mantém-se intacta mesmo quando parcialmente descarregada. No entanto, uma descarga profunda ou quando a tensão de uma célula de iões de lítio desce abaixo de um determinado nível, esta torna-se inutilizável.
• Preocupações de segurança - A pilha de iões de lítio pode explodir quando sobreaquecida ou sobrecarregada. Isto deve-se ao facto de os gases formados pela decomposição do eletrólito aumentarem a pressão interna da pilha. O sobreaquecimento ou o curto-circuito interno também podem inflamar o eletrólito e provocar um incêndio.
• Sensibilidade a altas temperaturas - A bateria de iões de lítio é suscetível ao efeito negativo do calor excessivo causado pelo sobreaquecimento do dispositivo ou pelo carregamento excessivo. O calor faz com que as células ou os pacotes desta bateria se degradem mais rapidamente do que o normal.

Princípio de funcionamento da bateria de iões de lítio

Estrutura básica: O ião de lítio é uma bateria recarregável constituída por uma ou mais células (uma célula é um compartimento gerador de energia da bateria) e cada célula tem os seguintes componentes essenciais: um ânodo, um cátodo, um separador, um eletrólito e dois colectores de corrente, um positivo e um negativo. O elétrodo positivo é constituído por óxido de lítio-cobalto (LiCoO2) ou fosfato de lítio-ferro (LiFePO4). O elétrodo negativo é constituído por carbono (grafite).

O funcionamento geral de uma LIB é o seguinte:

• O lítio é armazenado no ânodo e no cátodo.
• O eletrólito transporta o ião de lítio com carga positiva do cátodo para o ânodo e vice-versa através de um separador.
• Os electrões livres são criados no ânodo devido ao movimento dos iões de lítio.
• Isto, por sua vez, cria carga no coletor de corrente positiva.
• A corrente eléctrica passa então através de um dispositivo, por exemplo um telemóvel, para o coletor negativo.
• O separador impede o fluxo de corrente no interior da pilha.

Carga e descarga: Durante o descarregamento da bateria, o ânodo liberta iões de lítio para o cátodo, o que gera um fluxo de electrões de um lado para o outro e, durante este processo, é fornecida corrente eléctrica.

O contrário acontece quando um dispositivo é ligado e os iões de lítio são libertados pelo cátodo e recebidos pelo ânodo; é precisamente assim que um bateria de iões de lítio obras.

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.

Titanato de lítio/óxido de titânio de lítio (LTO)

Todos os tipos de baterias acima referidos têm materiais catódicos diferentes, mas as LTO utilizam o "titanato de lítio" como ânodo, enquanto o LMO ou NMC é utilizado como cátodo.

• Utilizações: Veículos eléctricos, estações de carregamento, UPS, armazenamento de energia eólica e solar, iluminação pública, equipamento militar, aeroespacial, sistemas de telecomunicações.
• Vantagens: Carregamento rápido, temperaturas de funcionamento alargadas, longa duração, muito seguro.
• Desvantagens: Baixa densidade energética, muito caro.

Aplicações da bateria de iões de lítio

As baterias de iões de lítio estão disponíveis em várias formas e tamanhos. Por conseguinte, são ideais para satisfazer as necessidades de energia de qualquer sistema, independentemente do seu tamanho e natureza. Algumas das aplicações mais proeminentes da bateria de iões de lítio são

• Backups de energia/ Energia de emergência/ UPS: A bateria de iões de lítio fornece energia de reserva instantânea em caso de emergência e permite-nos desligar em segurança ou manter os equipamentos vitais em funcionamento durante a situação de emergência. Estas baterias são amplamente utilizadas em computadores, comunicações e tecnologia médica.
• Unidades de armazenamento de energia solar: As baterias de iões de lítio são as mais adequadas para armazenar energia numa unidade de energia solar porque carregam muito rapidamente, maximizando o potencial de armazenamento de energia solar e permitindo-nos extrair a maior energia possível do sol.
• Como fonte de alimentação portátil: Hoje em dia, nos produtos electrónicos de consumo, todos os nossos aparelhos electrónicos, como telemóveis, altifalantes bluetooth, computadores portáteis, câmaras digitais, lanternas, etc., são alimentados por uma bateria recarregável de iões de lítio, o que nos permite utilizá-los livremente em qualquer lugar.
• Automóveis eléctricos/ Mobilidade: A emissão de combustíveis fósseis pelos veículos é uma das principais causas do aumento da poluição ambiental. Os veículos alimentados por baterias de iões de lítio reduzem quantidades consideráveis de poluição e, deste modo, reduzem a nossa pegada de carbono.

VANTAGENS DO IÃO DE LÍTIO em relação ao ÁCIDO DE CHUMBO

Sistema de proteção da bateria (BPS) incorporado

• Interruptor de proteção de baixa tensão - Desliga-se automaticamente a 10,5V.
• Interruptor de proteção contra sobretensão - Desliga-se automaticamente a 15,8V.
• Interruptor de proteção contra curto-circuitos - Desliga-se automaticamente se ocorrer um curto-circuito.
• Interruptor de proteção contra polaridade invertida - Desliga-se automaticamente se a polaridade for acidentalmente invertida.
• Equilíbrio celular interno - Equilibra automaticamente as células.
• Balanceamento de carga - Balanceamento independente para várias baterias ligadas em paralelo ou em série.

Este sistema de proteção da bateria foi concebido para durar toda a vida útil da bateria e fornecer energia fiável durante milhares de ciclos.

Peso significativamente menor

Normalmente, é cerca de 70% mais leve do que uma pilha de chumbo-ácido do mesmo tamanho.

Orientação

Uma bateria LiT pode ser montada e utilizada em qualquer direção.

Carregamento rápido

Uma bateria da Lithium Ion Technologies® pode ser totalmente recarregada em apenas 1 hora a partir de uma bateria completamente descarregada. Se tiver uma bateria Lithium Ion Technologies® de 100 amperes/hora e um carregador de 100 amperes, demorará apenas 1 hora a recarregar totalmente.

Sem queda de tensão

A curva de tensão é quase plana, proporcionando maior tensão e potência durante todo o ciclo de descarga. A Bateria de iões de lítio de 12V tem pouca ou nenhuma queda de tensão durante o arranque do motor. Isto proporciona um arranque cerca de 25% mais rápido do que com uma bateria de chumbo. Ao arrancar o motor com uma pilha de chumbo, a tensão pode descer até 9V, fazendo com que o motor de arranque gire mais lentamente.

Eficiência de carga

Ao carregar uma bateria de chumbo-ácido, pode perder entre 15 - 30% da energia entre o seu carregador e a bateria devido à perda de calor. Uma bateria da Lithium Ion Technologies® tem uma eficiência de 99,1% e aceitará quase 100% da energia do seu carregador, painéis solares ou outras tecnologias de geração de energia.

Algoritmo de carga

A bateria de iões de lítio pode ser carregada com corrente constante e tensão constante (CC, CV). Isto significa que praticamente qualquer carregador de bateria, independentemente do algoritmo, pode carregar uma bateria da Lithium Ion Technologies®. Um algoritmo normalmente abranda a corrente que flui para a bateria a partir do carregador. As baterias de ácido-chumbo aquecem e incham se receberem uma corrente constante, pelo que os fabricantes de carregadores criam algoritmos para abrandar a corrente e proteger a bateria de um aquecimento excessivo. Uma bateria LiT® não aquece durante o carregamento.

Carregamento a granel, por absorção e por flutuação

Se o seu carregador for programável para diferentes tipos de bateria ou definições personalizadas, deverá configurá-lo da seguinte forma: Bulk 14.4V, Absorb 14.6V, e float a 13.6V.

Sem auto-descarga

A bateria da Lithium Ion Technologies® auto-descarrega-se menos de 3% por mês. Uma bateria da Lithium Ion Technologies® pode manter uma carga completa durante mais de 1 ano e praticamente não tem auto-descarga. As baterias de chumbo podem perder até 30% da sua capacidade por mês devido à auto-descarga.

À prova de vibração

As células LiT® são aparafusadas e de construção sólida.

Não existem placas frágeis ou quebradiças feitas de chumbo, que podem ser propensas a falhar ao longo do tempo como resultado da vibração.

Horas Amp

O que muitos proprietários de baterias não se apercebem acerca das baterias de chumbo-ácido é que a sua capacidade (Ah) nominal é normalmente especificada para uma taxa de descarga de 20 horas. Com taxas de descarga elevadas, superiores a 20A, a capacidade utilizável pode ser reduzida para menos de metade devido ao "Efeito de Peukert". Uma bateria de ácido-chumbo de 225AH a uma taxa de descarga de 80A pode funcionar apenas durante 53 minutos.

Maior densidade energética

Densidade energética 4 vezes superior à das baterias de chumbo.

Capacidade "utilizável" superior:

Uma bateria da Lithium Ion Technologies® pode ser totalmente descarregada sem danificar a bateria. Normalmente, as baterias de chumbo apenas fornecem 50% de capacidade utilizável a partir da classificação de amperes-hora. Isto significa que se a sua aplicação requer 400 amp/hora de capacidade utilizável, teria de dimensionar um banco de baterias de chumbo-ácido de 800 amp/hora.