Armazenamento de Energia Doméstico
O armazenamento de energia doméstico envolve dispositivos que armazenam energia (eletricidade) localmente para consumo posterior. Os produtos de armazenamento de energia eletroquímica, também conhecidos como “Sistema de Armazenamento de Energia em Bateria” (BESS), são essencialmente baterias recarregáveis, geralmente baseadas em íons de lítio ou chumbo-ácido, controladas por um computador com software inteligente para gerenciar os ciclos de carga e descarga.
Baterias de Lítio e sua Importância
As baterias de lítio exibem o maior crescimento de mercado entre todas as outras baterias e deslocaram com sucesso sistemas concorrentes. LiFePO4 é um dos materiais de cátodo mais recentes a ser introduzido. A partir de 2017, o LiFePO4 é um candidato para a produção em larga escala de baterias de íon de lítio, como em aplicações BESS, devido ao seu baixo custo, excelente segurança e alta durabilidade de ciclo.
Bateria de Íon de Lítio
A bateria de íon de lítio, ou bateria Li-ion, é um tipo de bateria secundária (recarregável) composta de células em que os íons de lítio se movem do ânodo através de um eletrólito para o cátodo durante a descarga e retornam ao carregar. O cátodo é feito de um material composto (um composto de lítio intercalado) e define o nome da célula da bateria Li-ion. O ânodo geralmente é feito de grafite litificada porosa. O eletrólito pode ser líquido, polímero ou sólido. O separador é poroso para permitir o transporte de íons de lítio e impede o curto-circuito e a fuga térmica da célula.
Características e Uso das Baterias de Íon de Lítio
A química, o desempenho, o custo e as características de segurança variam entre os tipos de baterias de íon de lítio. Eletrônicos portáteis usam principalmente baterias de polímero de lítio (com gel polímero como eletrólito), um material de cátodo de óxido de cobalto de lítio (LiCoO2) e um ânodo de grafite, que oferecem alta densidade de energia. As baterias de íon de lítio, ao contrário das baterias convencionais, não têm efeito memória (perda de capacidade por não carregar/descarregar completamente) e alcançam uma eficiência de até 95% (relação de quantidade de descarga para carga). O problema com essas baterias é sua vida útil, que é tipicamente definida como o número de ciclos completos de carga e descarga para atingir um limiar de falha em termos de perda de capacidade ou aumento de impedância. Após 500 ciclos, a capacidade das baterias de íon de lítio começa a diminuir, e a capacidade é reduzida para cerca de 50% após 1200-1500 ciclos.
Tipos de Baterias de Íon de Lítio para BESS
Existem dois tipos de eletrodos: intercalação e conversão. Os eletrodos de intercalação são materiais que funcionam como materiais hospedeiros onde os íons de lítio podem intercalar. Um exemplo típico é o LiCoO2 e seus derivados. Os materiais de cátodo do tipo conversão são alguns dos principais candidatos para a próxima geração de baterias recarregáveis de Li e Li-ion. Um dos tipos mais comuns de baterias de lítio é o Óxido de Cobalto de Lítio (LiCoO2).
O LiCoO2 é o material de cátodo mais comumente usado. Baterias de LiCoO2 têm capacidades muito estáveis, embora suas capacidades sejam menores do que as baseadas em óxidos de níquel-cobalto-alumínio (NCA). No entanto, o cobalto é relativamente caro em comparação com outros metais de transição, como manganês e ferro, apesar das atraentes propriedades elétricas dos cátodos de LiCoO2. Atualmente, encontramos este tipo de bateria em telefones móveis, tablets, laptops e câmeras.
O Óxido de Manganês de Lítio (LiMn2O4) é um material de cátodo promissor com uma estrutura cúbica de espinélio. O LiMn2O4 é um dos cátodos à base de óxido de manganês mais estudados por conter materiais de baixo custo. Uma vantagem adicional desta bateria é a segurança aprimorada e alta estabilidade térmica, mas a vida útil do ciclo e do calendário é limitada. Esse tipo de bateria é encontrado em ferramentas elétricas, dispositivos médicos e trens de força.
O Óxido de Níquel Manganês Cobalto de Lítio (LiNiMnCoO2) – NMC contém um cátodo feito de uma combinação de níquel, manganês e cobalto. O NMC é uma das combinações de cátodo mais bem-sucedidas em sistemas Li-ion. Pode ser adaptado para servir como células de energia ou células de potência, como o Li-manganês. As baterias NMC são usadas para ferramentas elétricas, bicicletas elétricas e outros trens de força elétricos.
O Fosfato de Ferro de Lítio (LiFePO4) – LFP é um dos materiais de cátodo mais recentes a ser introduzido. A partir de 2017, o LiFePO4 é um candidato para a produção em larga escala de baterias de íon de lítio, como aplicações de veículos elétricos, devido ao seu baixo custo, excelente segurança e alta durabilidade de ciclo. A densidade de energia de uma bateria LFP é menor do que a de outros tipos comuns de baterias de íon de lítio, como o Níquel Manganês Cobalto (NMC). Devido ao seu menor custo, alta segurança, baixa toxicidade, longa vida útil e outros fatores, as baterias LFP estão encontrando vários papéis no uso de veículos, aplicações estacionárias em larga escala e energia de reserva. A tensão de trabalho varia de 3,0 a 3,3 V. A vida útil do ciclo varia de 2.700 a mais de 10.000 ciclos, dependendo das condições.
O Óxido de Níquel Cobalto Alumínio de Lítio (LiNiCoAlO2) – NCA apareceu em algumas aplicações especiais em 1999 e é semelhante ao NMC. Oferece alta energia específica, longa vida útil e potência específica razoavelmente boa. A capacidade de armazenamento de carga utilizável do NCA é de cerca de 180 a 200 mAh/g. A capacidade do NCA é significativamente maior do que a de materiais alternativos, como o LiCoO2 com 148 mAh/g, LiFePO4 com 165 mAh/g e NMC 333 (LiNi0,33Mn0,33Co0,33O2) com 170 mAh/g. A tensão dessas baterias varia entre 3,6 V e 4,0 V, com uma tensão nominal de 3,6 V ou 3,7 V. Outra vantagem do NCA é sua excelente capacidade de carregamento rápido. No entanto, seus pontos fracos são os recursos limitados de cobalto e níquel e o alto custo.
