As baterias de lítio revolucionaram o mundo dos dispositivos electrónicos portáteis e do armazenamento de energia renovável. O ião de lítio é a química de bateria recarregável mais popular utilizada atualmente. A bateria de iões de lítio alimenta os dispositivos que utilizamos diariamente, como os nossos telemóveis e veículos eléctricos. A bateria de iões de lítio é constituída por uma ou várias células de iões de lítio, juntamente com uma placa de circuito de proteção. São designadas por bateria quando a célula ou células são instaladas no interior de um dispositivo com a placa de circuito de proteção.
Compreender a pilha de lítio
As baterias de lítio são dispositivos recarregáveis de armazenamento de energia que utilizam iões de lítio para transferir energia. Ganharam popularidade devido à sua elevada densidade energética, leveza e vida útil mais longa em comparação com outros tipos de baterias. Estas baterias funcionam com base no movimento dos iões de lítio entre os eléctrodos positivo e negativo.
Composição e componentes da pilha de lítio
As pilhas de lítio são constituídas por vários componentes-chave. O elétrodo positivo, ou cátodo, é normalmente constituído por óxidos metálicos de lítio, como o óxido de lítio e cobalto ou o fosfato de lítio e ferro. O elétrodo negativo, ou ânodo, é normalmente composto por carbono ou grafite. O eletrólito, um meio condutor, facilita o movimento dos iões de lítio, enquanto o separador evita curtos-circuitos entre os eléctrodos.
Quais são os componentes de uma célula de iões de lítio?
- Eléctrodos: As extremidades com carga positiva e negativa de uma célula. Ligados aos colectores de corrente
- Ânodo: O elétrodo negativo
- Cátodo: O elétrodo positivo
- Eletrólito: Um líquido ou gel que conduz a eletricidade
- Colectores de corrente: Folhas condutoras em cada elétrodo da bateria que estão ligadas aos terminais da célula. Os terminais da célula transmitem a corrente eléctrica entre a bateria, o dispositivo e a fonte de energia que alimenta a bateria
- Separador: Uma película polimérica porosa que separa os eléctrodos, permitindo a troca de iões de lítio de um lado para o outro
Tipos de pilhas de lítio
Existem vários tipos de baterias de lítio, incluindo baterias de iões de lítio (Li-ion), baterias de polímeros de lítio (LiPo), baterias de lítio-enxofre (Li-S) e outras. As baterias de iões de lítio são as mais comuns e amplamente utilizadas, oferecendo um bom equilíbrio entre densidade de energia, duração e segurança. As baterias LiPo são flexíveis e leves, o que as torna adequadas para dispositivos finos. As baterias de iões de lítio têm potencial para uma maior densidade de energia, mas ainda estão em fase experimental.
Vantagens e aplicações da bateria de lítio
As baterias de lítio oferecem várias vantagens em relação às tecnologias de baterias tradicionais. Têm uma elevada densidade de energia, permitindo que os dispositivos funcionem durante períodos mais longos entre carregamentos. Têm também uma baixa taxa de auto-descarga, mantendo a carga quando não estão a ser utilizadas. As baterias de lítio encontram aplicações em smartphones, computadores portáteis, veículos eléctricos e sistemas de energia renovável, fornecendo fontes de energia portáteis e fiáveis.
Como funciona a bateria de iões de lítio?
Tal como referido anteriormente, o separador na bateria de lítio move os iões de lítio do cátodo para o ânodo e vice-versa através do eletrólito.
À medida que os iões de lítio se movem, activam os electrões livres no ânodo, o que cria uma carga no coletor de corrente positiva. Depois, há um fluxo dessa corrente eléctrica através do dispositivo alimentado (telemóveis, computadores portáteis, etc.) para o coletor de corrente negativo. O fluxo de electrões no interior da pilha é bloqueado pelo separador.
Quando liga os seus dispositivos electrónicos para carregar, o cátodo liberta iões de lítio, que são recebidos pelo ânodo para garantir que a bateria é recarregada. Durante o processo de descarga, os iões de lítio são libertados pelo ânodo e recebidos pelo cátodo, resultando na geração de um fluxo de electrões de um lado para o outro.
Componentes internos de uma bateria de iões de lítio
Se desmontar uma pilha de lítio (não recomendado), verá o seguinte;
- Células de iões de lítio: Podem ser células prismáticas, cilíndricas ou de bolsa (também conhecidas como polímero de lítio).
- Monitor do estado de carga da bateria: Este é um pequeno computador que controla o processo de carregamento da bateria.
- Tomada de tensão: Encarregada de monitorizar a capacidade de energia de células individuais da bateria.
- Conector para computador portátil: Permite um fluxo suave de informação e energia para dentro e para fora da bateria.
- Circuito regulador e conversor de tensão: mantêm níveis seguros de corrente e tensão.
- Sensores de temperatura: Para monitorizar a temperatura da bateria.
Considerações de segurança e impacto ambiental
A segurança é um aspeto crítico da bateria de lítio. A sobrecarga, o sobreaquecimento ou os danos físicos podem conduzir a uma fuga térmica ou mesmo a explosões. Os fabricantes incorporam características de segurança como circuitos de proteção e sistemas de gestão térmica para mitigar estes riscos. Além disso, a eliminação e a reciclagem da bateria de lítio exigem um tratamento adequado devido ao seu potencial impacto ambiental.
Técnicas de manutenção e carregamento de baterias de lítio
Para maximizar a vida útil e o desempenho da bateria de lítio, são essenciais técnicas de manutenção e carregamento adequadas. Evitar temperaturas extremas, calibrar regularmente e utilizar carregadores compatíveis são considerações importantes. É também crucial seguir as directrizes do fabricante relativamente às condições de armazenamento e utilização.
Quais são as aplicações da bateria de lítio?
Não há limitações no que diz respeito à aplicação da bateria de iões de lítio no mundo real, uma vez que foi testada por diferentes empresas e utilizada em aparelhos electrónicos portáteis ou pequenos dispositivos (computadores portáteis, câmaras de vídeo, sistemas de armazenamento de energia e até num veículo elétrico). Estas são as principais aplicações da bateria de lítio;
- Packs de energia portáteis: Já foi provado que a bateria de lítio faz um ótimo trabalho para alimentar os nossos computadores portáteis, computadores e telefones. Além disso, são mais pequenas e mais leves do que as baterias de chumbo-ácido. A transição da tecnologia existente para uma bateria portátil mais eficaz pode ser feita sem stress, graças às opções personalizadas de baterias de lítio.
- Sistemas de vigilância ou de alarme em locais remotos: A omissão de eletricidade com fios limita a segurança da maioria das pessoas. No entanto, pode monitorizar com segurança qualquer local que deseje com um sistema de alarme ou vigilância que funcione com uma bateria de iões de lítio.
- Armazenamento de energia solar: Devido ao seu processo de carregamento rápido e à sua forma de carregamento, a bateria de lítio é a escolha perfeita para os painéis solares, uma vez que lhe permite tirar o máximo partido do potencial de armazenamento de energia da luz solar diária.
- Desempenho marítimo leve: A mistura de eletricidade e água pode colocar alguns problemas. Não importa se precisa de alimentar todo o seu iate ou um pequeno motor de pesca; pode confiar na bateria de lítio para fazer o trabalho.
- Energia fiável para veículos eléctricos e de recreio: Pode confiar na bateria de lítio para alimentar o seu veículo elétrico ou de recreio, uma vez que o seu tamanho e peso reduzidos aumentam a eficiência. Por isso, se está a pensar em explorar locais remotos e quer estar seguro e confortável enquanto o faz, deve optar por uma bateria de iões de lítio para alimentar o seu veículo.
- UPS ou reserva de energia de emergência: Uma vez que as baterias de lítio são conhecidas por armazenarem energia de forma eficiente, são a escolha ideal para uma UPS ou reserva de energia de emergência para o proteger da instabilidade ou perda de energia.
Quais são as vantagens da pilha de lítio?
As baterias de iões de lítio são mais utilizadas do que as outras células, uma vez que apresentam um grande número de vantagens em relação às tecnologias semelhantes. Estas incluem:
- Foram desenvolvidos para suportar muitos ciclos de carga e descarga.
- São conhecidas por reterem a sua carga. Uma bateria de iões de lítio perde apenas 5% da sua carga por mês, em comparação com a bateria de níquel-hidreto metálico (NiMH) que perde cerca de 20% da sua carga mensalmente.
- Geralmente, a pilha de lítio é mais leve do que outras pilhas de tamanho idêntico. A razão pela qual são tão leves é que os seus eléctrodos são feitos de carbono leve e lítio.
- Têm uma densidade de energia muito elevada. Num quilograma de bateria, uma bateria de lítio pode armazenar 150 watts-hora. Uma bateria de chumbo-ácido armazena 25 watts-hora no mesmo quilograma; com a tecnologia de chumbo-ácido, seriam necessários 6 kg para armazenar a quantidade exacta de energia que 1 kg de bateria de iões de lítio consegue armazenar. Finalmente, uma bateria de níquel-hidreto metálico (NiMH) armazena cerca de 70 watts-hora em 1 kg de bateria.
A bateria de lítio tem alguma desvantagem?
Existem alguns riscos e preocupações com a bateria de iões de lítio que todos devem conhecer;
- Existe uma ligeira possibilidade de que, se cair sobre uma superfície sólida a grande velocidade, se incendeie.
- Descarregar completamente a bateria de iões de lítio pode arruiná-la.
- As temperaturas elevadas são prejudiciais para a sua vida útil. Armazenar estas baterias em temperaturas quentes faz com que se degradem mais rapidamente.
- A sua degradação começa imediatamente após a saída da fábrica. Assim, espera-se que a maioria das baterias de lítio dure apenas dois a três anos a partir da data de fabrico.
- Existe um eletrólito inflamável nestas baterias capaz de provocar incêndios em pequena escala. Esta situação foi observada no Samsung Note 7 e levou os fabricantes a suspenderem o fabrico e a produção.
- As baterias de lítio não são permitidas nos aviões porque existe a possibilidade de produzirem níveis de calor bizarros e de provocarem um incêndio inextinguível. Esta é a razão da proibição das baterias de iões de lítio pelas autoridades aeronáuticas.
Tendências futuras da bateria de lítio
O futuro das baterias de lítio oferece possibilidades interessantes. Os investigadores estão a trabalhar ativamente na melhoria da densidade energética, na redução dos custos e no reforço da segurança. Espera-se que os avanços nos electrólitos de estado sólido, na nanotecnologia e nos sistemas de gestão de baterias contribuam para o desenvolvimento de baterias de lítio ainda mais eficientes e sustentáveis.
Conclusão:
As baterias de lítio tornaram-se parte integrante da nossa vida moderna, alimentando tudo, desde smartphones e veículos eléctricos a sistemas de energia renovável. Compreender os seus princípios básicos, composição, tipos, vantagens e potencial impacto ambiental é crucial para aproveitar todo o seu potencial, garantindo simultaneamente a segurança e a sustentabilidade. Como a indústria das baterias de lítio continua a evoluir, é essencial manter-se informado sobre os últimos desenvolvimentos e tendências. Utilizando técnicas adequadas de manutenção e carregamento, podemos maximizar a vida útil e o desempenho
Perguntas mais frequentes：
Qual é o tempo de vida útil de uma pilha de lítio?
A vida útil de uma bateria de lítio pode variar em função de vários factores, incluindo o tipo específico de bateria, os padrões de utilização e as condições de funcionamento. Em média, a bateria de lítio tem uma vida útil de 2 a 10 anos, ou aproximadamente 300 a 500 ciclos de carga. No entanto, é importante notar que se trata de uma estimativa e que o desempenho individual da bateria pode variar. Os factores que podem afetar a vida útil da bateria incluem a profundidade da descarga durante cada ciclo, a temperatura de funcionamento e a qualidade da própria bateria.
As pilhas de lítio podem ser recicladas?
Sim, a pilha de lítio pode ser reciclada. A reciclagem da bateria de lítio é essencial para minimizar o impacto ambiental e recuperar materiais valiosos. O processo de reciclagem envolve a recolha da bateria usada, a sua desmontagem e a separação dos componentes. Os materiais valiosos, como o lítio, o cobalto, o níquel e o cobre, podem ser extraídos e reutilizados na produção de uma nova bateria ou de outros produtos. A reciclagem também ajuda a evitar a libertação de substâncias potencialmente nocivas para o ambiente.
É importante notar que a reciclagem de baterias de lítio deve ser efectuada através de instalações de reciclagem adequadas ou de programas especializados de reciclagem de baterias. Estes programas garantem que a bateria é manuseada de forma segura e em conformidade com os regulamentos que regem a reciclagem e a eliminação de materiais perigosos.
As pilhas de lítio são seguras para viajar de avião?
As baterias de lítio são geralmente seguras para viagens aéreas, mas existem directrizes e restrições específicas para garantir a segurança. As pilhas de lítio dividem-se em dois tipos: as instaladas em aparelhos (como computadores portáteis e smartphones) e as pilhas sobresselentes (pilhas extra transportadas separadamente).
Qual é a diferença entre uma pilha de lítio e uma pilha normal?
Pilhas alcalinas vs. pilhas de lítio - EVS Supply
Ao contrário da maioria das pilhas alcalinas, os produtos de lítio podem ser carregados e reutilizados. Estas pilhas têm normalmente um prazo de validade de dois a três anos, independentemente da frequência com que são utilizadas. Saída consistente. Uma vez que os iões de lítio podem mover-se para trás e para a frente entre os dois eléctrodos, estas pilhas não perdem tensão enquanto funcionam.
A pilha de lítio pode ser utilizada em vez da alcalina?
Embora as pilhas de lítio utilizem uma tecnologia de pilhas mais cara, a sua capacidade de manter uma tensão elevada significa que são uma alternativa com melhor desempenho do que as pilhas alcalinas normais.
As pilhas de lítio têm fugas?
Não há qualquer problema com o armazenamento de baterias de lítio, uma vez que estas não apresentam fugas. O lítio inflama-se quando em contacto com o ar ou a água. A probabilidade de fugas é menor porque a libertação de gases não é um problema para o eletrólito líquido presente.
As baterias de lítio necessitam de ventilação?
As pilhas de lítio não produzem gás da mesma forma que as outras pilhas, mas para evitar a fuga térmica, é necessário proporcionar-lhes uma ventilação adequada.
