A HISTÓRIA DA BATERIA DE LÍTIO-ÍON

 

 

Figura 1 – Pack de baterias de lítio íon

 

 

Os equipamentos eletrônicos portáteis estão cada vez mais compactos. São capazes de executar funções cada vez mais complexas que demandam mais energia.

 

 

Figura 2 – Densidade de energia das baterias

 

Nestas circunstâncias, as baterias recarregáveis ??que alimentam esses equipamentos desempenham um papel cada vez mais importante.

A bateria lítio íon é a tecnologia mais recente e está tendo um rápido crescimento. A bateria lítio íon é usada quando se deseja alta densidade de energia (figura 2) e peso leve.

Essas baterias são mais caras que as outras e precisam ser utilizadas dentro de padrões rígidos de segurança. Aplicações incluem notebooks e telefones celulares.

O lítio é o mais leve de todos os metais usados em baterias, tem o maior potencial eletroquímico e fornece a maior densidade de energia por peso.

 

Baterias recarregáveis que usam ânodos de metal de lítio (eletrodos negativos) são capazes de fornecer tanto alta tensão quanto excelente capacidade, resultando em uma grande densidade de energia.

Depois de muita pesquisa com baterias recarregáveis de lítio durante os anos 80, foi descoberto que o ciclo de carga e descarga causava mudanças no eletrodo de lítio.

Essas transformações reduziam a estabilidade térmica, causando potenciais condições de fuga térmica.

 

Quando isso ocorria, a temperatura da célula rapidamente se aproximava do ponto de derretimento do lítio, resultando em uma violenta reação chamada “abertura com chama”.

Uma grande quantidade de baterias de lítio recarregáveis enviadas ao Japão teve que regressar em 1991 depois de uma bateria em um telefone celular liberar gases inflamáveis e causar danos no rosto da pessoa.

Por causa da instabilidade inerente do metal de lítio, especialmente durante o carregamento, pesquisas conduziram para uma bateria de lítio não-metálica que usa íons de lítio.

 

Embora pouco menor em densidade de energia do que a bateria de metal de lítio, a bateria de lítio íon é segura, tomadas certas precauções quando carregando e descarregando.

Em 1991 a SONY comercializou a primeira bateria de lítio íon. Outros fabricantes também se adaptaram à tecnologia. Hoje, a lítio íon é a bateria que mais está crescendo e é a química de bateria mais promissora.

A densidade de energia da bateria de lítio íon é tipicamente o dobro das de NiCd padrão. Melhorias nos materiais de eletrodo ativo têm o potencial de aumentar a densidade de energia perto de três vezes em relação às de NiCd.

 

Além da alta capacidade, as características de carga são razoavelmente boas e se comportam como as de NiCd em termos de características de descarga, com forma similar do perfil de descarga, mas com tensão diferente. A curva de descarga plana oferece utilização eficiente da energia armazenada em um espectro de tensão desejável.

A bateria de lítio íon é de baixa manutenção, uma vantagem que a maioria das outras químicas não tem.

Não existe memória e nenhum ciclo programado é exigido para prolongar a vida da bateria.

 

Além disso, a auto descarga é menor que a metade se comparada com as baterias de NiCd e NiMh.

A alta tensão da célula de lítio íon, acima de 3V, permite a fabricação de conjuntos de baterias que consistem em apenas uma célula.

Muitos dos telefones móveis de hoje funcionam com uma célula simples, uma vantagem que simplifica o projeto dos equipamentos.

As tensões de alimentação de aplicações eletrônicas têm caído, o que requer poucas células por conjunto de baterias. Para manter a mesma energia, contudo, são necessárias maiores correntes. Isto enfatiza a importância de uma resistência muito baixa da célula para permitir fluxo de corrente elevado.

 

Apesar de suas vantagens, as baterias de lítio íon também têm as suas inconveniências. Ela requer um circuito de proteção para manter uma operação segura.

Embutido dentro de cada conjunto, o circuito de proteção limita a tensão de pico de cada célula durante a carga e previne que a tensão da célula caia muito durante a descarga.

Além disso, a máxima corrente de carga e descarga é limitada e a temperatura da célula é monitorada para prevenir temperaturas extremas.

 

O envelhecimento é uma preocupação com a maioria das baterias. Alguma deterioração da capacidade é perceptível após um ano, se a bateria estiver em uso ou não. 

Outras químicas também têm efeitos degenerativos relacionados à idade, em especial para as baterias de NiMh, se expostas a altas temperaturas ambientes.

Armazenar a bateria em um lugar fresco desacelera o processo de envelhecimento da bateria de lítio íon (e outras químicas). Além disso, a bateria apenas deve ser parcialmente carregada quando armazenada.

 Armazenamento prolongado não é recomendado para baterias de lítio íon.

O comprador deve estar ciente da data de fabricação quando comprar baterias de reposição de lítio íon.

 

Infelizmente, essa informação é frequentemente codificada em um número de série criptografado e está disponível apenas para o fabricante.

A bateria mais econômica à base de lítio, em termos da relação de custo por energia é um conjunto de baterias que usa a célula cilíndrica 18650 (diâmetro= 18 mm e altura = 65 mm).

Essa bateria é um tanto volumosa, mas adequada para aplicações portáteis tais como computação móvel.

Se um conjunto de baterias mais fino for necessário (mais fino que 18 mm), a célula prismática de lítio íon é a melhor escolha.

 

Quando uma geometria ultrafina é necessária (menor que 4 mm), a melhor escolha é a de lítio-polímero.

Essa é a opção mais cara em termos de custo de energia. A bateria de lítio-polímero não oferece ganhos de energia apreciáveis sobre os sistemas de lítio íon convencionais, nem combina a durabilidade da célula 18650.