Características das Baterias de Íon de Lítio
As baterias de íon de lítio, também conhecidas como baterias Li-ion, são um tipo de bateria secundária (recarregável) composta por células nas quais os íons de lítio se movem do ânodo para o cátodo através de um eletrólito durante a descarga e retornam quando carregadas. Este artigo explora suas características principais, vantagens e utilizações.
Vantagens e Aplicações
As baterias de íon de lítio possuem várias vantagens específicas, sendo as mais importantes a alta tensão da célula, a alta densidade energética e a ausência de efeito memória. Elas são amplamente utilizadas em baterias de computadores portáteis, ferramentas elétricas sem fio, alguns carros elétricos, patinetes elétricos, a maioria das bicicletas elétricas, bancos de energia portáteis e lanternas de LED. A reação global durante a descarga é representada pela equação: C6Li + CoO2 ⇄ C6 + LiCoO2.
Composição e Química
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 litiatado poroso. O eletrólito pode ser líquido, polímero ou sólido, e o separador é poroso, possibilitando o transporte de íons de lítio e prevenindo curto-circuito e fuga térmica. As características de química, desempenho, custo e segurança variam entre os tipos de baterias de íon de lítio.
Eletrônicos Portáteis e Tipos Comuns
Os eletrônicos portáteis geralmente utilizam baterias de polímero de lítio, com um gel de polímero como eletrólito, um material de cátodo de óxido de cobalto de lítio (LiCoO2) e um ânodo de grafite. Um dos tipos mais comuns de células é a bateria 18650, com tensão nominal de 3,7 V. As baterias primárias de lítio não recarregáveis, como as células de botão CR2032 3V, devem ser diferenciadas das baterias secundárias de íon de lítio ou polímero de lítio, que são recarregáveis.
Parâmetros Importantes de Avaliação
Para comparar e entender a capacidade de cada bateria, alguns parâmetros são característicos de cada tipo. Estes parâmetros são referências ao se necessitar de uma bateria com qualidades específicas, já que são usadas em todos os tipos de dispositivos e para infinitos propósitos.
Tensão da Célula
A tensão das baterias elétricas é criada pela diferença de potencial dos materiais que compõem os eletrodos positivo e negativo na reação eletroquímica. Quase todas as baterias de íon de lítio operam a 3,8 volts.
Tensão de Corte
A tensão de corte é a tensão mínima permitida, geralmente definindo o estado “vazio” da bateria. A tensão nominal das baterias de íon de lítio varia entre 3,6 a 3,8 V; sua tensão máxima de carregamento pode chegar a 4–4,2 V. A descarga pode ir até 3V, mas com uma descarga a 3,3V, cerca de 92–98% da capacidade é utilizada.
Capacidade
A capacidade coulométrica é o total de Ampère-horas disponíveis quando a bateria é descarregada a uma corrente de descarga específica de 100% SOC até a tensão de corte. As baterias de íon de lítio 18650 geralmente têm classificações de capacidade de 2.300 a 3.600 mAh.
Taxa-C da Bateria
A taxa-C é usada para expressar a rapidez com que uma bateria é descarregada ou carregada em relação à sua capacidade máxima. Uma taxa de 1C significa que a corrente de descarga esgotará a bateria inteira em 1 hora. A maioria das baterias de íon de lítio suporta uma temperatura máxima de 60°C e recomenda-se carregá-las a no máximo 45°C sob uma taxa de carregamento de 0,5C.
Auto-descarga
As baterias se auto-descarregam gradualmente mesmo quando não conectadas e sem fornecer corrente. Isso ocorre devido a reações químicas “laterais” que ocorrem dentro da célula, mesmo quando nenhuma carga é aplicada. As baterias recarregáveis de íon de lítio têm uma taxa de auto-descarga tipicamente declarada pelos fabricantes de 1,5–2% por mês.
Degradação
Alguma degradação ocorre em baterias recarregáveis a cada ciclo de carga e descarga. Isso geralmente acontece porque o eletrólito migra para longe dos eletrodos ou porque o material ativo se desprende dos eletrodos. A maioria das baterias modernas de íon de lítio 18650, comuns em baterias de laptops, tem uma vida útil típica de 300 – 500 ciclos.
Profundidade de Descarga
A profundidade de descarga é uma medida de quanto energia foi retirada de uma bateria e é expressa como uma porcentagem da capacidade total. Por exemplo, uma bateria de 100 Ah da qual 40 Ah foram retirados passou por uma profundidade de descarga de 40%. Para baterias de íon de lítio, a vida útil do ciclo de uma célula depende fortemente da DOD. A perda de íons de lítio e material de eletrodo ativo é maior para ciclos de DOD maiores.
