VANTAGENS E DESVANTAGENS DAS BATERIAS DE LITIO-CLORETO DE TIONILA

 

 

 

 

Figura 1 – Baterias LiSOCl₂

 

 

A bateria de lítio-cloreto de tionila - LiSOCl₂ tem uma das maiores tensões entre as células com tensão nominal de 3,6V.

A densidade específica de energia varia ao redor de 500 Wh/kg, podendo variar em função do fabricante e modelo de bateria, o que representa três vezes mais que a energia de uma bateria alcalina. As baterias LiSOCl₂ são fabricadas predominantemente no formato cilíndrico.

 

Essas baterias têm sido usadas em aplicações que exigem uma longa vida operacional.

Também possuem a mais ampla faixa de temperatura operacional de -55C a + 85ºC. Como a auto descarga é extremamente baixa (menos de 1% ao ano), esse tipo de célula pode suportar longos períodos de armazenamento e atingir uma vida útil de 10 a 20 anos.

 

Para diferentes aplicações, as células podem ser montadas com vários tipos de conectores e montadas em vários conjuntos de baterias.

A célula LiSOCl₂ consiste em um ânodo de lítio, um cátodo de carbono poroso e um eletrólito SOCl₂. O ânodo de lítio é protegido de reagir com o eletrólito de cloreto de tionila durante o tempo de armazenagem da bateria formando um filme de proteção LiCl no ânodo, logo que entra em contato com o eletrólito.

 

Este filme provoca o efeito de passivação e contribui para aumentar a vida útil da bateria, mas por outro lado também pode causar um atraso da tensão no começo de uma descarga.

 Alguns dos componentes dos sistemas LiSOCl₂ são tóxicos e inflamáveis; assim, a exposição a células abertas ou ventiladas ou componentes celulares deve ser evitada.

 

 

A figura 2 mostra as características de construção da célula cilíndrica LiSOCl₂, que é construída como um tipo de bobina.

O ânodo é feito de folha de lítio.

O separador é feito de fibras de vidro não tecidas. O cátodo cilíndrico é altamente poroso e ocupa a maior parte do volume celular.

 

 

Figura 2 – Bateria LiSOCl₂ cilíndrica

 

 

As especificações técnicas e curvas das baterias LiSOCl₂ são similares, diferindo apenas nos valores de capacidade, corrente e tamanho.

No mercado nacional existem duas famílias de baterias LiSOCl_2:

 

 - Linha Padrão

 - Linha de Alta Descarga

 

As baterias da linha padrão possuem correntes de descarga menores e as baterias da linha de alta descarga possuem correntes de descarga mais elevadas.

Uma das baterias LiSOCl₂ mais utilizada no mercado é a bateria de tamanho AA, cujas especificações apresentamos a seguir como exemplo.

 

 - Bateria tamanho AA - Linha Padrão

 

Tensão Nominal	3,6V
Capacidade Nominal	2.500 mAh
Máxima corrente em regime contínuo	80 mA
Máxima corrente de pulso por 15 seg, com queda de tensão para 2V, com a bateria 50% descarregada	150 mA
Peso	19 g
Temperatura de operação	-55ºC a +85ºC
Temperatura máxima de armazenagem	30 ºC
Diametro	14,5 mm
Altura	50,5 mm

 

Tabela 1: Características da bateria LiSOCL₂ – tamanho AA – linha padrão

 

 

Figura 3 – Medidas da bateria LiSOCl₂ – tamanho AA

 

 

Nas figuras 4, 5, 6 e 7 apresentamos as curvas de desempenho das baterias LiSOCl₂, tamanho AA – linha padrão. As curvas de descarga típicas para a bateria LiSOCl₂ são mostradas na figura 4 para a célula de tamanho AA – linha padrão.

As descargas das baterias LiSOCl₂ são caracterizadas por um perfil plano com bom desempenho em uma ampla gama de temperaturas.

 

É uma característica geral das baterias de lítio-cloreto de tionila que a tensão permaneça estável durante toda a vida. A curva de descarga normalmente tem uma forma retangular, como pode ser visto na figura 4. Um ligeiro declínio da tensão pode ocorrer durante a descarga, devido a um aumento da resistência interna. Sempre que a descarga for interrompida, a voltagem retornará ao seu valor original.

Isso possibilita o uso de praticamente 100% da capacidade disponível da bateria em um nível bem acima de 3 volts.

 

 

Figura 4 – Características da bateria LiSOCl₂ – tamanho AA – linha padrão

 

A figura 5 mostra a perda de capacidade da bateria após um tempo armazenada sem uso. Nota-se que a perda de capacidade pelo tempo de armazenagem é bem pequena.

 

 

 

Figura 5 – Armazenagem da bateria LiSOCl₂ – tamanho AA – linha padrão

 

A relação de capacidade com a corrente é dada na figura 6, mostrando o desempenho de -40ºC a 70ºC. A figura 7 mostra a tensão de operação em várias correntes.

A célula LiSOCl₂ é capaz de um bom desempenho em temperaturas excepcionalmente altas.

 

 

Figura 6 – Capacidade x Corrente da bateria LiSOCl₂ – tamanho AA – linha padrão

Figura 7 – Tensão x Temperatura da bateria LiSOCl₂ – tamanho AA – linha padrão

 

 - Bateria tamanho AA - Linha Alta Descarga

 

Nas figuras 8, 9, 10 e 11 apresentamos as curvas de desempenho das baterias LiSOCl₂, tamanho AA – linha de alta descarga.

Nessa linha de baterias de alta descarga temos valores de corrente máxima de pulso bem mais elevados do que na linha padrão.

 

Tensão Nominal	3,6V
Capacidade Nominal	2.100 mAh
Máxima corrente em regime contínuo	400 mA
Máxima corrente de pulso por 15 seg, com queda de tensão para 2V, com a bateria 50% descarregada	1000 mA
Peso	20 g
Temperatura de operação	-55ºC a +85ºC
Temperatura máxima de armazenagem	30 ºC
Diametro	14,5 mm
Altura	50,5 mm

 

Tabela 2: Características da bateria LiSOCL₂ – tamanho AA – linha de alta descarga

 

 

Figura 8 – Características da bateria LiSOCl₂ – tamanho AA – linha de alta descarga

 

 

Figura 9 – Armazenagem da bateria LiSOCl₂ – tamanho AA – linha de alta descarga

 

 

 

Figura 10 – Capacidade x Corrente da bateria LiSOCl₂ – tamanho AA – linha de alta descraga

 

 

Figura 11 - Tensão x Temperatura da bateria LiSOCl₂ – tamanho AA – linha de alta descarga

 

 

Recentemente, há uma tendência ao uso de baterias de lítio-cloreto de tionila como fontes de energia em equipamentos operados por pulsos de corrente ou em locais com temperaturas elevadas.

As principais aplicações para as baterias de LiSOCL₂ são:

 

 - Medição de utilidades: Eletricidade, gás, água, calor, calorímetros; alocadores de custos de aquecimento; leitura automática de medidores; medidores de pré-pagamento;

 - Rastreamento: Cobrança eletrônica de pedágio; registradores de dados; unidades de bordo; caminhões; containers; animais; pessoal;

 - Automotivo: Sistemas de monitoramento de pressão dos pneus; controladores de motor; controladores de freio; computadores para automóvel; tacógrafos digitais;

 - Sistemas de alarme e segurança;

 - Alarmes sem fio;

 - PIR;

 - Sensores / detectores;

 - Cofres eletrônicos;

 - Sistemas de criptografia;

 - Automação industrial: Controladores; detectores de falhas; controle de lógica de processo; PCs industriais;

 - Automação de escritório: Terminais de ponto de venda; máquinas de dinheiro; sistemas telefônicos;

 - Instrumentação: Balanças eletrônicas; máquinas de venda automática; máquinas de jogo; taxímetros; monitoramento de fluxo de água;

 - Médico: Dispositivos implantáveis; bombas de infusão; dispositivos cirúrgicos;

 - No mar: Faróis; bóias; perfuração de petróleo; luzes de colete salva-vidas;

 - Militares: Espoletas; minas; dispositivos de segmentação; óculos de visão noturna; máscaras de gás;

 - Consumidor final: Set top boxes; eletrônica esportiva; computadores de mergulho.

 

 

As baterias de LiSOCl₂ por possuírem alta densidade de energia, devem ser projetadas para evitar curto-circuito não intencional das células, superaquecimento e correntes excessivas de carga e descarga. Dependendo das condições de uso, talvez seja necessário fornecer dispositivos de proteção no circuito da bateria.

 

 - Proteção contra carregamento:

 

Se uma bateria for usada em conexão com uma fonte de energia independente, ela deve ser equipada com diodos de bloqueio Ds em cada seqüência de células conectadas em série conforme a figura 12. A corrente de fuga de cada diodo não deve exceder 10 µA.

 

 

 

Figura 12 - Proteções das baterias LiSOCl₂

 

 - Proteção contra descarga excessiva

 

Os diodos de desvio Dp na figura 62, devem ser ligados em paralelo com cada célula do pack de baterias a fim de evitar qualquer inversão de tensão. O efeito de um diodo de derivação é que a corrente passa pelo diodo se uma célula tiver sido descarregada. A célula não pode, portanto, ser descarregada à força.

 

 - Proteção contra curto-circuito

 

As células LiSOCl₂ podem eventualmente sofrer um curto-circuito acidental. As células individuais normalmente suportam uma corrente de curto circuito. Porém no caso de packs de baterias, onde várias células são ligadas em série ou em paralelo, é necessária uma proteção adicional contra curto-circuito. Nestes casos, deve ser utilizado um fusível ou um fusível térmico.

 

 

As tabelas 3 e 3 mostram as principais características das baterias LiSOCl₂ disponíveis no mercado nacional. As tabelas podem ser utilizadas para selecionar a melhor bateria para cada aplicação.

 

 - Linha Padrão

 

 

Tabela 3: Características das baterias cilíndricas LiSOCl₂ – cilíndricas – linha padrão

 

 - Linha de Alta Descarga

 

 

Tabela 4: Características das baterias cilíndricas LiSOCl₂ – cilíndricas – linha alta descarga

 

 

As baterias devem ser armazenadas em locais com temperatura geralmente baixa e baixos níveis de umidade. Embora não seja essencial que essas áreas de armazenamento sejam controladas por temperatura e umidade, as temperaturas devem geralmente ser mantidas abaixo de 35 °C e as áreas de armazenamento devem ser bem ventiladas. Devem ser evitadas temperaturas de armazenamento acima de 75 °C. Os tempos de armazenamento superiores a um ano influenciam no desempenho da bateria.