O que são baterias de íon de lítio?

As baterias de íon-lítio são um tipo popular de bateria. Uma das principais vantagens que elas oferecem é a possibilidade de recarga. Devido a essa característica, elas estão presentes na maioria dos dispositivos eletrônicos que utilizam bateria atualmente. Podem ser encontradas em celulares, veículos elétricos e carrinhos de golfe elétricos.

Como funcionam as baterias de íon-lítio?

As baterias de íon-lítio são compostas por uma ou mais células de íon-lítio. Elas também contêm uma placa de circuito de proteção para evitar sobrecarga. As células são chamadas de baterias depois de instaladas em um invólucro com a placa de circuito de proteção.

As baterias de íon-lítio são iguais às baterias de lítio?

Não. Uma bateria de lítio e uma bateria de íon-lítio são muito diferentes. A principal diferença é que as baterias de íon-lítio são recarregáveis. Outra diferença importante é a vida útil. Uma bateria de lítio pode durar até 12 anos sem uso, enquanto as baterias de íon-lítio têm uma vida útil de até 3 anos.

Quais são os principais componentes das baterias de íon-lítio?

As baterias de íon-lítio possuem quatro componentes principais. São eles:

Ânodo

O ânodo permite que a eletricidade passe da bateria para um circuito externo. Ele também armazena íons de lítio durante o carregamento da bateria.

Cátodo

O cátodo é o que determina a capacidade e a voltagem da célula. Ele produz íons de lítio durante a descarga da bateria.

Eletrólito

O eletrólito é um material que serve como condutor para a movimentação de íons de lítio entre o cátodo e o ânodo. É composto por sais, aditivos e diversos solventes.

O Separador

A peça final em uma célula de íon-lítio é o separador. Ele atua como uma barreira física para manter o cátodo e o ânodo separados.

As baterias de íon-lítio funcionam movendo íons de lítio do cátodo para o ânodo e vice-versa através do eletrólito. À medida que os íons se movem, eles ativam elétrons livres no ânodo, criando uma carga no coletor de corrente positivo. Esses elétrons fluem através do dispositivo, como um telefone ou um carrinho de golfe, até o coletor negativo e retornam ao cátodo. O fluxo livre de elétrons dentro da bateria é impedido pelo separador, forçando-os em direção aos contatos.

Ao carregar uma bateria de íon-lítio, o cátodo libera íons de lítio, que se movem em direção ao ânodo. Durante a descarga, os íons de lítio se movem do ânodo para o cátodo, gerando um fluxo de corrente.

Quando foram inventadas as baterias de íon-lítio?

As baterias de íon-lítio foram concebidas pela primeira vez na década de 70 pelo químico inglês Stanley Whittingham. Durante seus experimentos, o cientista investigou diversas composições químicas para uma bateria que pudesse se recarregar. Seu primeiro teste envolveu dissulfeto de titânio e lítio como eletrodos. No entanto, as baterias entravam em curto-circuito e explodiam.

Na década de 80, outro cientista, John B. Goodenough, aceitou o desafio. Logo depois, Akira Yoshino, um químico japonês, começou a pesquisar a tecnologia. Yoshino e Goodenough provaram que o lítio metálico era a principal causa das explosões.

Na década de 90, a tecnologia de íon-lítio começou a ganhar força, tornando-se rapidamente uma fonte de energia popular no final da década. Isso marcou a primeira vez que a tecnologia foi comercializada pela Sony. O histórico de segurança precário das baterias de lítio impulsionou o desenvolvimento das baterias de íon-lítio.

Embora as baterias de lítio possam armazenar uma densidade de energia maior, elas são inseguras durante o carregamento e a descarga. Por outro lado, as baterias de íon-lítio são bastante seguras para carregar e descarregar, desde que os usuários sigam as diretrizes básicas de segurança.

Qual é a melhor química para íons de lítio?

Existem inúmeros tipos de composições químicas para baterias de íon-lítio. As disponíveis comercialmente são:

Titanato de lítio
Óxido de lítio, níquel, cobalto e alumínio
Óxido de lítio, níquel, manganês e cobalto
Óxido de lítio e manganês (LMO)
Óxido de lítio-cobalto
Fosfato de ferro-lítio (LiFePO4)

Existem diversos tipos de composições químicas para baterias de íon-lítio. Cada uma tem suas vantagens e desvantagens. No entanto, algumas são adequadas apenas para aplicações específicas. Portanto, o tipo que você escolher dependerá das suas necessidades de energia, orçamento, tolerância à segurança e aplicação específica.

No entanto, as baterias LiFePO4 são a opção mais disponível comercialmente. Essas baterias contêm um eletrodo de carbono grafítico, que serve como ânodo, e fosfato como cátodo. Elas possuem uma longa vida útil, de até 10.000 ciclos.

Além disso, oferecem excelente estabilidade térmica e podem lidar com segurança com picos de demanda de curta duração. As baterias LiFePO4 têm uma classificação de limite de fuga térmica de até 510 graus Fahrenheit (266 graus Celsius), a mais alta de qualquer tipo de bateria de íon-lítio disponível comercialmente.

Vantagens das baterias LiFePO4

Em comparação com baterias de chumbo-ácido e outras baterias de lítio, as baterias de fosfato de ferro-lítio apresentam uma grande vantagem. Elas carregam e descarregam de forma eficiente, duram mais e podem ser submetidas a ciclos profundos.clesem perda de capacidade. Essas vantagens significam que as baterias oferecem uma enorme economia de custos ao longo de sua vida útil em comparação com outros tipos de bateria. Abaixo, apresentamos as vantagens específicas dessas baterias em veículos elétricos de baixa velocidade e equipamentos industriais.

Bateria LiFePO4 em veículos de baixa velocidade

Veículos elétricos de baixa velocidade (LEVs, na sigla em inglês) são veículos de quatro rodas que pesam menos de 1360 kg (3000 libras). Eles são movidos a baterias elétricas, o que os torna uma escolha popular para carrinhos de golfe e outros usos recreativos.

Ao escolher a opção de bateria para o seu VEL (Veículo Elétrico Leve), uma das considerações mais importantes é a autonomia. Por exemplo, carrinhos de golfe elétricos devem ter energia suficiente para percorrer um campo de golfe de 18 buracos sem precisar recarregar.

Outro fator importante a considerar é o cronograma de manutenção. Uma boa bateria não deve exigir manutenção, garantindo o máximo aproveitamento da sua atividade de lazer.

A bateria também deve ser capaz de funcionar em diversas condições climáticas. Por exemplo, deve permitir que você jogue golfe tanto no calor do verão quanto no outono, quando as temperaturas caem.

Uma boa bateria também deve vir com um sistema de controle que garanta que ela não superaqueça nem esfrie demais, o que degradaria sua capacidade.

Uma das melhores marcas que atende a todas essas condições básicas, porém importantes, é a ROYPOW. Sua linha de baterias de lítio LiFePO4 é classificada para temperaturas de -15°C a 55°C. As baterias vêm com um sistema de gerenciamento de bateria integrado e são extremamente fáceis de instalar.

Aplicações industriais para baterias de íon-lítio

As baterias de íon-lítio são uma opção popular em aplicações industriais. A composição química mais comum é a das baterias LiFePO4. Alguns dos equipamentos mais comuns que utilizam essas baterias são:

Empilhadeiras para corredores estreitos
Empilhadeiras contrabalançadas
Empilhadeiras de 3 rodas
Walkie stackers
Cavaleiros das extremidades e do centro

Existem muitas razões pelas quais as baterias de íon-lítio estão se tornando cada vez mais populares em ambientes industriais. As principais são:

Alta capacidade e longa vida útil

As baterias de íon-lítio possuem maior densidade de energia e vida útil em comparação com as baterias de chumbo-ácido. Elas podem pesar um terço do peso e fornecer a mesma potência.

Seu ciclo de vida é outra grande vantagem. Para uma operação industrial, o objetivo é minimizar os custos recorrentes de curto prazo. Com baterias de íon-lítio, as baterias de empilhadeiras podem durar três vezes mais, resultando em enormes economias a longo prazo.

Elas também podem operar com uma profundidade de descarga maior, de até 80%, sem qualquer impacto em sua capacidade. Isso traz outra vantagem em termos de economia de tempo. As operações não precisam ser interrompidas no meio do processo para a troca de baterias, o que pode resultar em milhares de horas de trabalho economizadas ao longo de um período suficientemente longo.

Carregamento de alta velocidade

Com baterias industriais de chumbo-ácido, o tempo normal de carregamento é de cerca de oito horas. Isso equivale a um turno inteiro de 8 horas em que a bateria fica indisponível para uso. Consequentemente, o gerente precisa contabilizar esse tempo de inatividade e comprar baterias extras.

Com as baterias LiFePO4, isso não é um problema. Um bom exemplo disso é aBaterias industriais de lítio LifePO4 da ROYPOWque carregam quatro vezes mais rápido que as baterias de chumbo-ácido. Outra vantagem é a capacidade de manter a eficiência durante a descarga. As baterias de chumbo-ácido frequentemente apresentam uma queda de desempenho durante a descarga.

A linha de baterias industriais ROYPOW também não apresenta problemas de memória, graças a um sistema de gerenciamento de bateria eficiente. As baterias de chumbo-ácido costumam sofrer com esse problema, o que pode impedir que atinjam a capacidade total.

Com o tempo, isso causa sulfatação, o que pode reduzir pela metade a já curta vida útil das baterias. O problema geralmente ocorre quando as baterias de chumbo-ácido são armazenadas com carga incompleta. As baterias de lítio podem ser carregadas em intervalos curtos e armazenadas com qualquer capacidade acima de zero sem problemas.

Segurança e Manuseio

As baterias LiFePO4 apresentam uma grande vantagem em ambientes industriais. Primeiramente, possuem excelente estabilidade térmica. Essas baterias podem operar em temperaturas de até 55°C (131°F) sem sofrer danos. As baterias de chumbo-ácido perderiam até 80% de sua vida útil em temperaturas semelhantes.

Outro problema é o peso das baterias. Para uma capacidade semelhante, as baterias de chumbo-ácido pesam significativamente mais. Por isso, muitas vezes exigem equipamentos específicos e um tempo de instalação maior, o que pode resultar em menos horas de trabalho.

Outra questão é a segurança dos trabalhadores. Em geral, as baterias LiFePO4 são mais seguras do que as baterias de chumbo-ácido. De acordo com as diretrizes da OSHA (Administração de Segurança e Saúde Ocupacional dos EUA), as baterias de chumbo-ácido devem ser armazenadas em uma sala especial com equipamentos projetados para eliminar vapores perigosos. Isso acarreta custos e complexidade adicionais para a operação industrial.

Conclusão

As baterias de íon-lítio apresentam uma clara vantagem em ambientes industriais e para veículos elétricos de baixa velocidade. Elas duram mais, consequentemente economizando dinheiro para os usuários. Essas baterias também não exigem manutenção, o que é especialmente importante em um ambiente industrial onde a redução de custos é fundamental.