Tamanhos de baterias

Dimensões das baterias: sua importância e sua influência no desempenho

P+D+I Eficiência energética Armazenamento energético

As energias renováveis se tornaram as soluções mais importantes para combater as mudanças climáticas e acelerar a transição energética. No entanto, algumas destas energias, como a solar ou a eólica, dependem diretamente de recursos meteorológicos com características intermitentes e flutuantes. 

Para regular essas variabilidades, os sistemas de armazenamento de energia por bateria aparecem como uma das possíveis soluções a esse problema, apresentando vantagens como a capacidade de resposta rápida, o fornecimento uniforme de energia e a independência geográfica. A questão é que quanto maior a presença de energias renováveis, maior a necessidade de armazenamento de longo prazo (com uma duração superior a quatro horas).

Na implementação de sistemas de armazenamento de energia por bateria, uma das questões mais relevantes é determinar o tamanho da bateria útil para equilibrar as melhores qualidades fornecidas pelo sistema e o custo adicional geral. A definição do tamanho adequado da bateria dependerá do tipo de uso do sistema de armazenamento e da energia renovável. Isso tem implicações importantes tanto para o projeto como para a fabricação. Mas como as dimensões influenciam no desempenho de uma bateria?

Como o tamanho afeta o desempenho e a capacidade da bateria?

O tamanho de uma bateria pode ter um impacto significativo em seu desempenho e na capacidade de armazenamento de energia. Embora as dimensões possam variar de acordo com o tipo específico de bateria (por exemplo, alcalina, íon-lítio, chumbo-ácido...), há algumas questões importantes:

• Capacidade de armazenamento de energia
  

Em geral, o tamanho da bateria está diretamente relacionado à sua capacidade de armazenamento. Uma bateria maior tem a capacidade de armazenar mais energia do que uma bateria menor do mesmo tipo. A capacidade é comumente medida em ampères-hora (Ah) ou watts-hora (Wh), e uma bateria maior geralmente tem uma capacidade nominal mais alta.

• Desempenho
  

O tamanho também pode influenciar no desempenho da bateria. Uma bateria de grandes dimensões pode ter uma capacidade maior de fornecer corrente, o que significa que ela pode fornecer energia em uma taxa mais alta. Isso acaba sendo importante principalmente em usos que exigem um alto consumo de energia, como veículos elétricos ou dispositivos eletrônicos de alto desempenho.

Além disso, uma bateria maior também pode ter uma vida útil mais longa e um ciclo de carga e descarga mais longo antes que seu desempenho comece a se degradar.

• Tamanho físico e portabilidade
  

É importante observar que o tamanho de uma bateria não está diretamente relacionado à sua densidade de energia, que é a quantidade de energia armazenada em relação ao peso ou ao volume de energia. Algumas tecnologias de bateria, como as de íons de lítio, têm alta densidade de energia e podem oferecer alta capacidade em um tamanho compacto. Isso é algo muito importante em dispositivos portáteis, como telefones celulares e computadores, em que se busca um equilíbrio entre a capacidade de armazenamento e o tamanho físico da bateria.

Ao selecionar uma bateria para uma aplicação específica, é importante considerar os requisitos de energia e o equilíbrio necessário entre tamanho físico, capacidade e desempenho desejado.

Tamanhos diferentes de acordo com seus usos

As baterias geralmente não são expressas em termos de tamanho físico em unidades de comprimento ou volume, pois seu tamanho é determinado pela capacidade de armazenamento de energia, que é medida em quilowatt-hora (kWh) ou megawatt-hora (MWh). As dimensões físicas e o peso das baterias podem variar de acordo com o fabricante, o modelo e a tecnologia utilizada. A seguir, você encontrará uma aproximação das dimensões das baterias de acordo com alguns de seus usos:

 Tamanho das baterias para sistemas de energia solar

Nos sistemas solares fotovoltaicos, as dimensões da bateria podem variar dependendo da capacidade de geração solar e dos requisitos de armazenamento de energia. Para pequenas aplicações, como sistemas solares portáteis, iluminação pública solar ou sistemas de recarga para pequenos dispositivos, as baterias recomendadas normalmente têm capacidades que variam de alguns watts-hora (Wh) a cerca de 100 Wh. 

No caso de sistemas residenciais, as baterias são usadas para armazenar o excesso de energia solar gerada durante o dia para seu uso à noite ou em períodos de baixa produção solar. Os tamanhos podem variar muito, mas geralmente estão na faixa de quilowatts-hora (kWh): de alguns kWh a cerca de 20 kWh ou mais, dependendo da carga de energia e dos requisitos de autonomia da residência.

As baterias gigantes para residências ou para usos mais profissionais — como escolas, edifícios comerciais ou até mesmo fazendas solares — são maiores porque necessitam de mais eletricidade. Por exemplo, a Powerwall da Tesla para residências tem capacidade de 13,5 kWh e tem 1,15 metro de altura, 0,75 metro de largura e 0,15 metro de espessura.

 Tamanha de baterias para sistemas de energia eólica

Assim como no uso de baterias em sistemas de energia solar, o tamanho das baterias para energia eólica também pode variar muito. Em sistemas de armazenamento de pequena escala, como sistemas híbridos eólicos e solares em residências, fazendas ou comunidades rurais, a capacidade da bateria pode variar de alguns quilowatts-hora (kWh) a várias dezenas de kWh.

Por outro lado, em sistemas de armazenamento em larga escala, como parques eólicos, as baterias podem ter capacidades de várias dezenas de megawatts-hora (MWh) com um aumento significativo nas dimensões físicas das baterias, às vezes semelhantes a grandes contêineres que podem ultrapassar 2 metros de altura.

 Tamanho da bateria do veículo elétrico

O espaço ocupado pelas baterias em um veículo elétrico é maior do que o espaço ocupado pelos tanques de combustível em um veículo movido a diesel ou gasolina. Muitas vezes, essas baterias são quase tão grandes quanto a base do veículo.

Em carros compactos e subcompactos, as capacidades da bateria normalmente variam de 20 kWh a 40 kWh, enquanto em carros médios e SUVs, elas podem variar de 40 kWh a 100 kWh.  Os veículos de luxo e elite, por outro lado, geralmente têm capacidades de bateria maiores, que podem ultrapassar 100 kWh e até chegar a 200 kWh com o consequente aumento do tamanho.

Tendências nas dimensões da bateria e avanços tecnológicos

Nos últimos anos, surgiram várias tendências e desenvolvimentos no tamanho das baterias de armazenamento de energia:

• Redução do tamanho físico
  

A tecnologia de baterias avançou de forma significativa na minimização e redução do tamanho físico das baterias. O tamanho das baterias de lítio, em particular, se tornou mais compacto, permitindo que elas sejam integradas a dispositivos eletrônicos cada vez menores, como telefones celulares, relógios inteligentes e fones de ouvido sem fio.

• Aumento da densidade de energia
  

Pesquisadores e fabricantes continuam trabalhando para aumentar a densidade de energia das baterias a fim de obter um maior armazenamento em um tamanho cada vez menor. Isso levou a avanços no setor de veículos elétricos, em que o objetivo é aumentar o alcance sem aumentar consideravelmente o tamanho da bateria.

• Baterias flexíveis e com formato personalizado
  

Estão sendo desenvolvidas baterias flexíveis que podem dobrar, se curvar ou se adaptar a diferentes formas e tamanhos. Essa linha abre as portas para novos usos, como dispositivos eletrônicos vestíveis (wearables), portáteis e integrados a objetos do cotidiano.

• Avanços em baterias de estado sólido
  

As baterias de estado sólido estão ganhando interesse como uma possível alternativa às baterias de íons de lítio convencionais. Essas baterias usam eletrólitos sólidos em vez dos líquidos ou géis comuns nas baterias tradicionais. Elas oferecem vantagens potenciais em termos de segurança, densidade de energia e tamanho, e espera-se que desempenhem um papel importante no futuro da tecnologia de armazenamento de energia.

• Pesquisa de novos materiais
  

A busca por novos materiais para baterias é uma tendência constante. Materiais de eletrodos avançados, como o grafeno, estão sendo explorados para melhorar a capacidade, o desempenho e a vida útil da bateria. Novos tipos de baterias também estão sendo investigados, como baterias de fluxo, baterias de metal-ar e baterias de íons de sódio, que podem oferecer melhorias em termos de tamanho e capacidade de armazenamento. 

Melhorias tecnológicas, como a redução de tamanho, o uso de novos materiais e, consequentemente, o aumento da densidade de energia, não apenas aumentam a autonomia das baterias ou reduzem seus custos, mas também ampliam os usos para os quais essa tecnologia pode ser empregada, eliminando assim as barreiras tecnológicas à eletrificação de determinados setores.

Além disso, essas tendências e avanços na tecnologia de baterias estão impulsionando o desenvolvimento de sistemas de armazenamento de energia mais eficientes, compactos e versáteis, o que tem implicações muito importantes em uma ampla gama de setores, incluindo eletrônicos de consumo, mobilidade elétrica e, principalmente, energia renovável.