Baterias de lítio-íon Como funcionam?

BATERIAS DE ÍON DE LÍTIO

As baterias de íon de lítio, fundamentais para o armazenamento de energia

#transporte #P+D+I

O futuro da descarbonização passa, entre outros fatores, por um armazenamento adequado da energia, seja em pequena escala, por exemplo um carro elétrico, ou em larga escala na rede de distribuição. Aqui é onde entram em cena as baterias de íon de lítio, as mais competitivas atualmente. A seguir, conheceremos seus elementos, seu funcionamento, suas vantagens e qual será seu papel em um contexto sustentável.

Ion de litio
As baterias de íon de lítio se destacam por reunir da melhor forma possível capacidade e eficiência.

Seus fones sem fio, seu celular, seu relógio inteligente, sua instalação de painéis solares ou seu carro elétrico não teriam sido possíveis duas décadas atrás. Esta revolução ocorreu graças, entre outros fatores, às baterias de íon de lítio. Essas baterias são capazes de armazenar mais energia em menos espaço que as demais, por isso serão fundamentais para o futuro do armazenamento de energia diante dos desafios das mudanças climáticas, que passam pela descarbonização e pelas energias renováveis.

O custo das baterias de íon de lítio sofreu uma redução de 85 % desde 2010 e espera-se que caia ainda mais na próxima década. Segundo explica o analista de armazenamento de energia da Wood Mackenzie, Rory McCarthy, "o íon de lítio tem uma vantagem significativa em relação a outras tecnologias de armazenamento alternativas, graças a economias de escala". Ou seja, sua progressiva adoção está fazendo com que os custos sejam cada vez menores.

O QUE É UMA BATERIA DE ÍON DE LÍTIO

Uma bateria de íon de lítio ou bateria Li-Ion é um tipo de bateria recarregável que utiliza compostos de lítio como um dos eletrodos. Em 1985, Akira Yoshino desenvolveu o primeiro protótipo baseando-se nas pesquisas anteriores de John Goodenough e de outros especialistas durante a década de 70. Posteriormente, uma equipe da Sony desenvolveu a primeira bateria comercial de íon de lítio em 1991. Com o passar dos anos foram incluídos outros avanços, especialmente no uso de cátodos de níquel, manganês e cobalto (NMC), que melhoraram a densidade de carga, o desempenho e a segurança.

A CARGA DAS BATERIAS DE ÍON DE LÍTIO. FUNCIONAMENTO E CARACTERÍSTICAS

As de íon de lítio são compostas pelas seguintes partes: um eletrodo negativo ou ânodo de onde saem os elétrons e um eletrodo positivo ou cátodo que os recebe. Quando a bateria é ligada, os íons de lítio se movem do ânodo para o cátodo através de um eletrólito, dando lugar à diferença de potencial que produz a corrente. Quando a bateria é carregada, os íons de lítio retornam ao ânodo.

As baterias, por sua vez, são compostas por uma ou várias células e, dependendo de seu uso final, existem diferentes tipos: as células cilíndricas, usadas na maioria de veículos elétricos, consistem em lâminas de diferentes componentes que se enrolam até formarem um cilindro, enquanto as células planas, como as dos celulares e computadores portáteis, utilizam um polímero de íons de lítio na forma de lâminas empilhadas.

Além disso, as baterias de íon de lítio incorporam outros elementos que melhoram seu desempenho e segurança: um sensor de temperatura, um circuito regulador de tensão e um monitor do estado de carga. Esses componentes controlam a carga e o fluxo de corrente, registram a última capacidade alcançada na carga completa e controlam a temperatura, que pode afetar negativamente a vida da bateria.

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Conselhos para prolongar a vida útil das baterias de íon de lítio.

 VER INFOGRÁFICO: Conselhos para prolongar a vida útil das baterias de íon de lítio [PDF] Link externo, abra em uma nova aba.

VANTAGENS E DESVANTAGENS DAS BATERIAS DE ÍON DE LÍTIO

Em comparação com a tecnologia tradicional de baterias recarregáveis de hidreto de níquel ou níquel-cádmio, as baterias de íon de lítio possuem diversas vantagens: em primeiro lugar são carregadas em menos tempo e demoram mais tempo em se descarregarem, mas, além disso, têm uma densidade de energia superior, não têm efeito memória e praticamente não perdem carga quando não são usadas, entre outros fatores.

No entanto, como qualquer tecnologia, apresentam certas desvantagens relacionadas principalmente à proteção (devem incluir sistemas para evitar as sobrecargas e o superaquecimento) e o custo (apesar de ter um preço menor, sua fabricação continua sendo aproximadamente 40 % mais cara do que as das baterías de níquel-cádmio).

APLICAÇÕES DAS BATERIAS DE ÍON DE LÍTIO

As vantagens das baterias de íon de lítio e seu custo decrescente fizeram com que seu uso se proliferasse em muitas áreas:

 Sistemas de energia de emergência

Em instalações críticas como fazendas de servidores, as baterias de um SAI (Sistema de Alimentação Ininterrupta) o protegem da perda ou instabilidade do fornecimento de eletricidade.

 Armazenamento de energia solar

A energia solar é intermitente e essas baterias são as que melhor se adaptam aos painéis solares devido à sua forma de carga e rapidez, especialmente em termos de autoconsumo.

 Eletrônica de consumo e dispositivos móveis

Os dispositivos móveis se converteram na principal aplicação dessas baterias, permitindo uma miniaturização cada vez maior.

 Assistência às deficiências

Esse tipo de bateria está presente em cadeiras de rodas elétricas, plataformas de acessibilidade para escadas ou próteses motorizadas, facilitando a vida das pessoas com restrições de mobilidade.

Baterias de íon de lítio para veículos elétricos

O desenvolvimento e a crescente adoção de veículos elétricos e híbridos se deve em grande medida à eficiência e menor custo das baterias de íon de lítio. Além de ter uma alta densidade energética em comparação com seu tamanho, sua produção em massa permitiu aproximar o preço dos veículos elétricos aos de gasolina. No tocante aos custos de funcionamento, o preço da eletricidade para mover um veículo elétrico é menor que o custo do combustível para motores de explosão. Também proporcionam autonomia para viagens cada vez mais longas.
 

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O ARMAZENAMENTO DO FUTURO

A escassez de cobalto, um elemento necessário para sua fabricação e as dificuldades para sua reciclagem estão impulsionando a pesquisa de outras tecnologias alternativas para as baterias. Algumas das mais promissoras são:

  • Células de hidrogênio: são baterias que geram eletricidade a partir do hidrogênio gasoso, mas o inconveniente não está na tecnologia, mas sim na capacidade de fabricar hidrogênio verde sem usar os combustíveis fósseis.
  • Baterias de estado sólido: utilizam eletrólitos sólidos em vez de eletrólitos líquidos ou de gel. Têm maior densidade de energia, reduzem os riscos de explosão e incêndio e ocupam menos espaço ao não precisarem de tantos componentes relacionados à segurança.
  • Ultracapacitores de grafeno: os capacitores podem ser carregados e descarregados de forma mais eficiente que uma bateria e o uso do grafeno permitiria alcançar uma densidade de energia semelhante à das baterias atuais.