PASSIVAÇÃO DAS BATERIAS DE LÍTIO-CLORETO DE TIONILA
Passivação das Baterias de Lítio-Cloreto de Tionila
Passivação é um termo químico que se refere a fenômenos nos quais um tipo de filme químico aparece na superfície de um metal e impede uma degradação futura dessa superfície metálica. Na bateria de lítio-cloreto de tionila (LiSOCl2), o cloreto de tionila (SOCl2) é líquido. O lítio metálico (Li) entra em contato com o cloreto de tionila (SOCl2) e vai lentamente se oxidando, o que resulta na produção de cloreto de lítio.
O cloreto de lítio produzido na superfície do lítio metálico forma uma camada muito fina, porém com alta resistência elétrica. Essa camada impede a reação do lítio metálico com o cloreto de tionila. Este fenômeno chama-se passivação. Passivação é uma característica inerente da bateria de lítio-cloreto de tionila. A passivação da bateria de lítio-cloreto de tionila acontece assim que a bateria é produzida, mas esta reação não é rápida em velocidade.
Assim como toda a reação química, a velocidade de passivação está relacionada com a temperatura. Quanto mais alta a temperatura, mais rápida será a velocidade.
Quanto mais tempo decorrido da fabricação, maior é a passivação. Uma vantagem da passivação é permitir que a bateria tenha uma taxa de auto descarga muito baixa e uma vida útil extremamente longa.
Por isso, o prazo de validade da bateria pode ser superior a 10 anos. Este é o lado positivo da passivação. Assim a passivação protege a bateria contra perda de capacidade que ocorre na maioria das pilhas e baterias.
Sem a camada de passivação, esse tipo de bateria de lítio não existiria porque o lítio descarregaria e degradaria muito rapidamente.
Figura 1 – Passivação – atraso de tensão nas baterias LiSOCl2
Mas também há um lado negativo da passivação. Quando a bateria começa a ser usada depois de armazenada por algum tempo, a tensão inicial da bateria será baixa. Levará algum tempo antes que a tensão inicial de trabalho da bateria atinja o valor requerido. O efeito mais óbvio da camada de passivação é o atraso de tensão. O atraso de tensão ocorrerá quando uma carga for colocada na bateria, conforme ilustrado na figura 1.
Depois que uma carga é aplicada a uma bateria, a alta resistência da camada de passivação faz com que a tensão da bateria caia rapidamente. A reação de descarga remove lentamente a camada de passivação, diminuindo assim a resistência interna da bateria. Isso, por sua vez, faz com que a tensão da bateria atinja um valor de pico que deve permanecer estável se outras condições de descarga não mudarem.
Se a corrente aumentar após a estabilização da tensão da bateria, ela poderá cair novamente até que a camada de passivação seja totalmente removida. Uma vez que a corrente da bateria é removida ou abaixada, a camada de passivação começará a se formar novamente e o atraso de tensão poderá ocorrer novamente. Vários fatores diferentes podem aumentar a passivação, influenciando assim a duração e a profundidade do atraso de tensão. Eles são:
- Capacidade de corrente da célula - Correntes altas nas células podem causar um aumento no atraso de tensão. Por outro lado, o atraso de tensão pode ser imperceptível com correntes muito pequenas.
- Química - Diferentes variações na química podem influenciar na passivação.
- Tempo de armazenamento - Geralmente, quanto mais tempo uma célula estiver armazenada, mais passivação crescerá na superfície do ânodo. Assim, o atraso de tensão pode ser maior para células mais antigas.
- Temperatura de armazenamento - A alta temperatura de armazenamento aumenta a quantidade de passivação. O armazenamento de baterias em áreas não climatizadas durante os meses de verão em climas quentes pode causar problemas de passivação adversos.
- Temperatura de descarga- Assim como o armazenamento em alta temperatura pode causar efeitos de passivação, a descarga de baterias em temperaturas muito baixas também pode causar características semelhantes.
- Condições de descarga anteriores - A descarga parcial de uma bateria e a remoção da carga aumenta a quantidade de passivação em relação a quando a bateria era nova. Assim, o atraso de tensão em uma segunda utilização pode ser mais pronunciado após o primeiro uso da bateria. Em muitos casos, o atraso de tensão causado pela passivação não afeta os usuários das baterias de lítio. No entanto, recomendamos que se avalie o efeito da passivação com muito cuidado ao selecionar as baterias de lítio. Os usuários de baterias de lítio devem consultar as informações específicas de cada fabricante de bateria sobre este assunto.
Para algumas aplicações, a passivação não é um fator prejudicial, e os usuários não notam atraso de tensão ao conectar o circuito na bateria.
Por outro lado, se o dispositivo onde a bateria será utilizada não puder lidar com essa queda de tensão inicial, as baterias devem ser ativadas antes do uso. O objetivo disso é pré-condicionar a bateria para que a tensão não caia abaixo da tensão mínima do dispositivo quando a carga for aplicada.
O filme de passivação pode ser removido mais rapidamente pela aplicação de pulsos de alta corrente por um curto período, várias vezes até que a célula seja ativada. A ativação também é conseguida pela colocação de uma carga constante na bateria por um período de tempo que descarrega a bateria com uma corrente pequena, da ordem de 5 mA. Usualmente consegue-se a ativação da bateria, com o restabelecimento da tensão nominal de 3,6V após um período de tempo que pode variar de alguns poucos minutos até várias horas, dependendo da profundidade da passivação da bateria.Deve-se notar que como a corrente de ativação da bateria é de apenas 5 mA mesmo que a bateria seja descarregada por várias horas, a perda de capacidade resultante ainda será pequena. Por exemplo se uma bateria for descarregada com 5mA por 10 horas, a perda de capacidade será de 50 mAh. A ativação da bateria pode ser efetuada pelo fluxo de corrente, bem como choques mecânicos, vibração e ciclagem de temperatura. O efeito da passivação é evitado quando as baterias de LiSOCl2 são usadas em conjunto com capacitores de alto pulso, descritos a seguir.