Baterias de Lítio-Metal: Alta Capacidade e Longa Vida Útil
As baterias à base de lítio, conhecidas como baterias de lítio-metal, são células primárias não recarregáveis que utilizam lítio metálico como ânodo. Estas baterias se destacam pela baixíssima taxa de autodescarga, proporcionando um tempo de prateleira prolongado, de até 10 anos, e suportando temperaturas de até 70°C. Dentre as mais comuns, destacam-se as células de Dióxido de Manganês-Lítio, Disulfeto de Ferro-Lítio, Cloreto de Tionila-Lítio e células de Ar-Lítio.
Composição e Funcionamento
Uma bateria elétrica é uma fonte de energia elétrica contínua, convertendo energia química armazenada em energia elétrica por meio de um processo eletroquímico. As baterias são compostas por uma ou mais células voltaicas, onde reações redox espontâneas ocorrem em dois eletrodos separados por um eletrólito – uma substância condutora iônica e isolante elétrica. As reações de oxidação-redução são o princípio fundamental das células eletroquímicas.
Os materiais como Zn ou Li são metais de alta energia, não estabilizados por ligação d-eletrônica, ao contrário dos metais de transição. Assim, em todas as baterias, independente da combinação de materiais, o princípio de reação de oxidação-redução é aplicado. As baterias são projetadas para que a reação redox energeticamente favorável ocorra apenas quando os elétrons se movem pela parte externa do circuito. A voltagem das baterias elétricas é criada pela diferença de potencial dos materiais que compõem os eletrodos positivo e negativo na reação eletroquímica.
Tipos de Baterias de Lítio-Metal
As baterias de lítio-manganês dióxido utilizam folha de lítio como ânodo e dióxido de manganês como cátodo, com uma voltagem total de célula de 3 volts. Já as baterias cilíndricas de ferro disulfeto de lítio (LiFeS2) usam lítio para o ânodo e ferro disulfeto para o cátodo, tendo uma voltagem nominal de célula de 1,5 volts. As baterias de cloreto de tionila-lítio possuem a maior densidade energética entre todas as células do tipo lítio, com uma vida útil de serviço de 15 a 20 anos.
Reação Química nas Baterias de Lítio-Metal
Na célula Li/MnO2, os íons de lítio (Li+) se dissolvem e difundem através do eletrólito e separador até o cátodo. Os elétrons viajam pelo circuito externo e chegam ao cátodo, onde se combinam com o MnO2, íons Li+ e elétrons. O MnO2 é reduzido do estado tetravalente para o trivalente. As reações de meia célula são:
MnIVO2(s) + Li+ + e− → MnIIIO2(Li+)
Li(s) → Li+ + e−
Reação global: Li(s) + MnIVO2(s) ⇌ MnIIIO2(Li+) [E° = +3.19 V]
Vantagens e Desvantagens
As baterias de lítio-metal possuem alta densidade energética, o dobro das baterias alcalinas de alta qualidade. Além disso, apresentam alta voltagem de célula, descarga constante, baixa autodescarga, longa vida operacional e ampla faixa de temperatura operacional. Contudo, a principal desvantagem é que são não recarregáveis e possuem um custo elevado.
Características das Baterias de Lítio-Metal
Para entender a capacidade de cada bateria, é essencial considerar parâmetros como voltagem da célula, voltagem de corte, capacidade, taxa de C (velocidade de descarga ou carga relativa à capacidade máxima) e autodescarga. Por exemplo, a bateria CR2032 tem uma voltagem nominal de 3.0 V, voltagem de corte de 2.0 V e capacidade típica na faixa de 210-230 mAh.
Em conclusão, as baterias de lítio-metal representam uma tecnologia avançada em armazenamento de energia, oferecendo alta densidade energética e longa vida útil, apesar de seu custo mais elevado e natureza não recarregável.
