Como funciona uma bateria LiFePO4?
Como funciona uma bateria LiFePO4?
Existem no mercado várias famílias de baterias de íons de lítio. A maioria dos consumidores está familiarizada apenas com baterias de lítio construídas a partir de óxido de cobalto, óxido de manganês e óxido de níquel, cuja tensão nominal é 3,7V.
Porém existe no mercado uma família de baterias de fosfato de lítio ferro, com tensão nominal de 3,2V. Essas baterias são comumente chamadas de LiFe ( lítio ferro ) ou fosfato de lítio ferro (LiFePO4).
Este novo tipo de bateria de lítio é inerentemente não combustível, permitindo uma densidade de energia ligeiramente menor. As baterias de LiFePO4 não são apenas mais seguras, elas tem muitas vantagens sobre outras químicas de lítio, particularmente para aplicações de alta potência.
Em comparação com o chumbo-ácido e outras baterias de lítio, as baterias de lítio ferro oferecem vantagens significativas, incluindo maior eficiência de descarga e carga, maior vida útil e capacidade de ciclo profundo, mantendo o desempenho. As baterias de LiFePO4 muitas vezes vêm com um preço mais alto, mas um custo muito melhor ao longo da vida do produto, a manutenção mínima e a substituição pouco frequente fazem delas um investimento que vale a pena e uma boa solução.
Em contrapartida, sua menor tensão nominal de 3,2V/célula reduz a energia específica abaixo da de Li-Ion à base de cobalto.
A bateria de lítio ferro é usada frequentemente para substituir a bateria de chumbo-ácido usada em automóveis.
Quatro células em série produzem 12,80V, uma tensão semelhante a seis células de chumbo-ácido em série que produzem 12V.
Os veículos carregam as baterias de chumbo-ácido até 14,40V (2,40V/célula).
Com quatro células de lítio ferro em série, cada célula com tensão máxima de carga em 3,60V, tem-se a mesma tensão máxima de carga das baterias de chumbo-ácido que é de 14,40V.
A bateria de lítio ferro é tolerante a alguma sobrecarga. Entretanto, manter a tensão em 14,40V por um tempo prolongado, como a maioria de veículos faz em uma movimentação longa, pode forçar a bateria.
A bateria de lítio ferro tem excelente segurança e longa vida, mas moderada energia específica e auto descarga elevada.
Embora as baterias de lítio ferro (LiFePO4) não sejam exatamente novas, elas estão apenas começando a ganhar tradição nos mercados comerciais globais.
As baterias de íons de lítio são chamadas de um tipo de bateria de “cadeira de balanço”: elas movem íons, neste caso íons de lítio, do negativo para o positivo ao descarregar, e de volta ao carregar. O desenho à seguir mostra o que acontece dentro de cada célula.
As bolinhas vermelhas são os íons de lítio, que se movem para frente e para trás entre os eletrodos negativo e positivo
Do lado esquerdo está o eletrodo positivo, construído a partir de fosfato de lítio-ferro (LiFePO4). Isso explica o nome desse tipo de bateria. Os íons de ferro e fosfato formam uma grade que prende os íons de lítio. Quando a célula está sendo carregada, esses íons de lítio são puxados através da membrana de polímero no meio, para o eletrodo negativo à direita. A membrana é feita de um tipo de polímero (plástico), com muitos minúsculos poros, facilitando a passagem dos íons de lítio. No lado negativo, encontramos uma treliça feita de átomos de carbono, que pode prender e segurar os íons de lítio que atravessam.
A descarga da bateria faz o mesmo ao contrário: à medida que os elétrons fluem pelo eletrodo negativo, os íons de lítio voltam a se mover, através da membrana, de volta para a rede ferro-fosfato. Eles são novamente armazenados no lado positivo até que a bateria seja carregada novamente.
O desenho da bateria mostra uma bateria de LiFePO4 quase totalmente descarregada. Quase todos os íons de lítio estão do lado do eletrodo positivo.
Uma bateria totalmente carregada teria esses íons de lítio todos armazenados dentro do carbono do eletrodo negativo.
No mundo real, as células de íons de lítio são constituídas de camadas muito finas de lâminas alternadas de alumínio-polímero-cobre, com os produtos químicos colados nelas.
Muitas vezes eles são enrolados como um rocambole e colocados em uma vasilha de aço. As baterias de íons de lítio de 12 volts são feitas de muitas dessas células, conectadas em série e em paralelo para aumentar a capacidade de tensão e de ampère-hora. Cada célula é em torno de 3,2 volts, então 4 delas em série fazem 12,8 volts.