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Baterias de Íon Lítio 101

03/11/2007 às 18:37

O Cardoso anda reclamando das baterias e com razão. Apesar da evolução, elas ainda são o maior entrave à miniaturização de equipamentos e, o que é pior: ainda perdem sua capacidade de reter carga. Ao contrário dos semicondutores, que seguem a Lei de Moore e dobram sua densidade a cada 24 meses, as baterias dobram de capacidade a cada dez anos! Neste brevíssimo artigo, tentarei esplanar o básico sobre as baterias de Íon Lítio, sem ser técnico demais.

Mas vamos ao começo de tudo. "Bateria" é a designação de um conjunto de "pilhas", que, por sua vez, têm esse nome porque o lombardo Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta, em 1800, empilhou várias camadas alternadas de cobre e zinco, descobrindo que havia um potencial elétrico entre o topo e a base. Pronto, estava dada a largada para a evolução dos dispositivos capazes de reter carga elétrica.

De lá para cá, vários materiais e técnicas já foram utilizados e alguns dos mais famosos são o Chumbo, o Níquel e o Cádmio. Mas desde 1970, quando surgiu a primeira bateria de lítio no mercado, esse material é o que vem sendo utilizado com melhores resultados. A Sony lançou, em 1991, uma variante ( Lithium-ion ou Íon Lítio em português ) que é, até hoje, a que apresenta a maior densidade de energia específica ( chegando a 200 Wh/kg ) sendo, portanto, a mais indicada para os equipamentos portáteis que se proliferam por aí.

Só a título de curiosidade, as baterias de Níquel-Metal-Hidreto, as "pilhas recarregáveis" utilizadas em câmeras digitais, têm uma densidade de energia específica de apenas 80 Wh/kg. As de chumbo-ácido, usadas em carros e motos, não mais que 25Wh/kg.

As baterias de Íon Lítio, além de reterem mais carga por unidade de massa, também têm outras vantagens: não têm o "efeito memória" das baterias de Níquel-Cádmio, ou seja, não é preciso descarregá-las completamente para se iniciar um ciclo de carga. Também são mais leves, conseguem reter a carga por muito mais tempo e podem passar por centenas de ciclos de carga e descarga.

Infelizmente, tudo no mundo tem seus pontos fracos. Neste caso, um deles é o tempo de vida: uma bateria de Íon Lítio vai perder sua capacidade de carga com o tempo, pois a resistência interna tende a aumentar. Mesmo que ela nunca seja descarregada ou utilizada, o tempo será implacável: ela começará a envelhecer no dia que sair da linha de montagem.

Também é importante notar que a temperatura influencia fortemente o desempenho. Mantida a 0°C, depois de um ano a bateria conseguirá reter 98% de sua carga nominal. A 40°C, esse valor cairá para apenas 65%. Num país tropical como o nosso...

Outro ponto importantíssimo é que esse tipo de bateria precisa de uma tensão ( diferença de potencial ) de recarga extramemente bem regulada. Explicando: quando a bateria fornece corrente, os elétrons saem do terminal negativo, passam pelo circuito e entram no terminal positivo. Para recarregá-la, é preciso forçar o caminho inverso: entrar com elétrons pelo terminal negativo e extraí-los pelo positivo. Para que isso aconteça, é preciso aplicar uma tensão maior que a gerada nos pólos, mas numa janela muito estreita: de 3,4V a 4,2V ( dependendo do material de que é feito o catodo ). Qualquer décimo de tensão a mais faz o ciclo de regargas diminuir absurdamente. É por esse motivo que quase a totalidade dessas baterias vêm com um circuito interno de controle ( conjunto inferior, parte superior central ), além do fato de que é preciso sempre manter uma tensão residiual mínima, sob pena de não conseguir recarregá-la nunca mais.

li-cells

Como se não bastasse, dentro das pilhas há várias camadas de material que formam o catodo, o anodo e, entre eles, um separador. Também há uma "válvula de escape", para evitar a explosão, caso a temperatura faça com que sejam liberados gases.

Como se pode ver, o "processo construtivo" não é simples: há muitos detalhes de engenharia que não podem ser menosprezados.

O curioso é que, de 1991 até meados de 2006, os relatos de explosões e acidentes similares eram raros. O quê, então, mudou? A tecnologia evoluiu, o processo produtivo também... por que agora há tantos problemas com baterias Sony e Panasonic?

A resposta pode estar, justamente, no processo produtivo. Com a necessidade de armazenar cada vez mais energia, num espaço cada vez menor, os produtores reduzem a espessura do separador ( que fica dentro das pilhas, entre as folhas de material que formam o anodo e o catodo ). Reduzem tanto, que um aumento brusco de temperatura, um choque ou vibração mais violentos podem fazer com que ele se rompa, levando a um curto-circuito interno, causando uma tremenda explosão.

Além disso, a produção tem se deslocado para a China, onde nem sempre se pode comprovar a aplicação de padrões rigorosos de qualidade...

Até agora, não houve grandes transtornos, devido a esses acidentes e as fábricas têm feito "recalls". Ninguém se machucou. Mas imagine o que pode acontecer quando baterias bem maiores estiverem sendo usadas em carros elétricos ou híbridos?

Referências: HowStuffWorks, ElectronicsWeekly, BatteryUniversity, Panasonic.

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