Degradação de baterias recarregáveis devido ao ciclismo | Vida útil da bateria

Decomposição das Baterias Recarregáveis Devido ao Ciclismo

Uma bateria elétrica é, essencialmente, uma fonte de energia elétrica DC. Ela converte energia química armazenada em energia elétrica através de um processo eletroquímico. Isso fornece uma fonte de força eletromotriz para permitir que correntes fluam em circuitos elétricos e eletrônicos. Uma bateria típica consiste em uma ou mais células voltaicas. O princípio fundamental em uma célula eletroquímica é reações redox espontâneas em dois eletrodos separados por um eletrólito, uma substância que é condutiva iônica e eletricamente isolante.

Por que as Baterias Recarregáveis se Degradam?

Alguma degradação das baterias recarregáveis ocorre a cada ciclo de carga-descarga. Isso geralmente acontece porque o eletrólito migra para longe dos eletrodos ou porque o material ativo se desprende dos eletrodos. Os fabricantes geralmente usam o termo “vida útil do ciclo” para especificar a vida útil em termos do número de ciclos para atingir 80% da capacidade nominal da bateria. Para evitar perigo ou degradação prematura da capacidade, é necessário seguir as recomendações do fabricante.

Degradação Específica em Baterias de Íon de Lítio

Em baterias de íon de lítio, a degradação e a perda de capacidade são geralmente atribuídas ao crescimento da interface do eletrólito sólido (IES). A IES é criada devido a reações entre os eletrodos e o eletrólito. Essas reações formam um filme que impede que os íons de lítio reajam com os eletrodos, e à medida que esse filme aumenta em espessura, a célula se degrada.

Impacto do Tipo de Bateria e do Carregamento

Baterias NiMH de baixa capacidade (1.700–2.000 mA·h) podem ser carregadas cerca de 1.000 vezes, enquanto as de alta capacidade (acima de 2.500 mA·h) duram cerca de 500 ciclos. As baterias NiCd tendem a ter uma vida útil de 1.000 ciclos antes que sua resistência interna aumente permanentemente além de valores utilizáveis. O carregamento rápido aumenta as mudanças de componentes, encurtando a vida útil da bateria. Se um carregador não puder detectar quando a bateria está totalmente carregada, então o sobrecarregamento é provável, danificando-a.

Características Específicas das Baterias de Íon de Lítio Modernas

A maioria das baterias de íon de lítio 18650 modernas, comuns em baterias de laptop, têm uma vida útil típica de ciclo de 300 a 500 (ciclos de carga e descarga). Em situações de C-rate ou DOD alto, isso pode diminuir substancialmente para 200 ciclos. Em aplicações da vida real, as células de íon de lítio experimentam degradação acelerada devido a certos fatores de estresse.

Fatores de Estresse e Degradação Acelerada

Fatores de estresse como DODs profundos, C-rates elevados, temperaturas altas ou baixas e operação em SOCs altos podem ter um impacto negativo na capacidade da célula e causar degradação acelerada.

Temperatura e Degradação

A degradação é fortemente dependente da temperatura: a degradação à temperatura ambiente é mínima, mas aumenta para baterias armazenadas ou usadas em ambientes quentes ou frios. As baterias geram calor ao serem carregadas ou descarregadas, especialmente em altas correntes. Altas temperaturas durante o carregamento podem levar à degradação da bateria, e o carregamento em temperaturas acima de 45 °C degradará o desempenho da bateria. Grandes pacotes de baterias, como os usados em veículos elétricos, geralmente são equipados com sistemas de gerenciamento térmico que mantêm uma temperatura entre 15 °C (59 °F) e 35 °C (95 °F).

Características Importantes para Comparação e Compreensão

Para comparar e entender a capacidade de cada bateria, alguns parâmetros importantes são característicos de cada bateria, também dentro de um tipo de bateria. Esses parâmetros são uma referência quando uma bateria é necessária e qualidades específicas são exigidas, já que as baterias 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 positivos e negativos na reação eletroquímica.
  • Tensão de Corte: A tensão de corte é a tensão mínima permitida. É essa tensão que geralmente define o estado “vazio” da bateria.
  • Capacidade: A capacidade coulométrica é o total de Amp-horas disponíveis quando a bateria é descarregada a uma certa corrente de descarga de 100% SOC para a tensão de corte.
  • Taxa de C: A taxa de C é usada para expressar o quão rápido uma bateria é descarregada ou carregada em relação à sua capacidade máxima. Tem unidades h-1. Uma taxa de 1C significa que a corrente de descarga descarregará a bateria inteira em 1 hora.
  • Auto-descarga: As baterias se auto-descarregam gradualmente, mesmo que não estejam conectadas e fornecendo corrente. Isso se deve a reações químicas “laterais” que não produzem corrente, que ocorrem dentro da célula, mesmo quando nenhuma carga é aplicada.
  • 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 sofreu uma profundidade de descarga de 40%.
  • Estado de Carga: O estado de carga refere-se à quantidade de carga em uma bateria em relação aos seus estados “cheio” e “vazio” predefinidos, ou seja, a quantidade de carga em Amp-horas restante na bateria.

 

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