O que são baterias de íon de lítio

As baterias de íon de lítio são um tipo popular de química de bateria. Uma grande vantagem que essas baterias oferecem é que elas são recarregáveis. Devido a esse recurso, eles são encontrados atualmente na maioria dos dispositivos de consumo que usam bateria. Eles podem ser encontrados em telefones, veículos elétricos e carrinhos de golfe movidos a bateria.

Como funcionam as baterias de íon de lítio?

As baterias de íons de lítio são compostas por uma ou várias células de íons de lítio. Eles também contêm uma placa de circuito de proteção para evitar sobrecarga. As células são chamadas de baterias, uma vez instaladas em um invólucro com uma placa de circuito de proteção.

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

Não. Uma bateria de lítio e uma bateria de íons de lítio são muito diferentes. A principal diferença é que estes últimos são recarregáveis. Outra grande diferença é o prazo de validade. Uma bateria de lítio pode durar até 12 anos sem uso, enquanto as baterias de íon de lítio têm vida útil de até 3 anos.

Quais são os principais componentes das baterias de íon de lítio

As células de íons de lítio têm quatro componentes principais. Estes são:

Ânodo

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

Cátodo

O cátodo é o que determina a capacidade e a voltagem da célula. Produz íons de lítio ao descarregar a bateria.

Eletrólito

O eletrólito é um material que serve como canal para os íons de lítio se moverem entre o cátodo e o ânodo. É composto de sais, aditivos e diversos solventes.

O Separador

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

As baterias de íons de lítio funcionam movendo os 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 positiva. Esses elétrons fluem através do dispositivo, um telefone ou carrinho de golfe, para o coletor negativo e de volta ao cátodo. O livre fluxo de elétrons dentro da bateria é impedido pelo separador, forçando-os em direção aos contatos.

Quando você carrega uma bateria de íons de lítio, o cátodo libera íons de lítio e eles se movem em direção ao ânodo. Ao descarregar, os íons de lítio se movem do ânodo para o cátodo, o que gera um fluxo de corrente.

Quando foram inventadas as baterias de íon de lítio?

As baterias de íon-lítio foram concebidas pela primeira vez na década de 70 pelo químico inglês Stanley Whittingham. Durante seus experimentos, os cientistas investigaram vários produtos químicos para uma bateria que pudesse se recarregar sozinha. Seu primeiro teste envolveu dissulfeto de titânio e lítio como eletrodos. No entanto, as baterias entrariam em curto-circuito e explodiriam.

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 foi a principal causa das explosões.

Na década de 90, a tecnologia de íons de lítio começou a ganhar força, tornando-se rapidamente uma fonte de energia popular no final da década. Foi a primeira vez que a tecnologia foi comercializada pela Sony. Esse fraco histórico de segurança das baterias de lítio levou ao desenvolvimento de baterias de íon-lítio.

Embora as baterias de lítio possam conter uma densidade de energia mais alta, elas não são seguras durante o carregamento e a descarga. Por outro lado, as baterias de íons de lítio são bastante seguras para carregar e descarregar quando os usuários seguem as diretrizes básicas de segurança.

Qual é a melhor química de íons de lítio?

Existem vários tipos de produtos químicos para baterias de íons de lítio. Os comercialmente disponíveis são:

Titanato de Lítio
Óxido de alumínio e níquel-lítio-cobalto
Óxido de cobalto de manganês de lítio-níquel
Óxido de Lítio Manganês (OML)
Óxido de Lítio-Cobalto
Fosfato de ferro-lítio (LiFePO4)

Existem vários tipos de produtos químicos para baterias de íons de lítio. Cada um tem suas vantagens e desvantagens. No entanto, alguns são adequados apenas para casos de uso específicos. Como tal, o tipo escolhido dependerá das suas necessidades de energia, orçamento, tolerância de segurança e caso de uso específico.

No entanto, as baterias LiFePO4 são a opção mais disponível comercialmente. Essas baterias contêm um eletrodo de carbono de grafite, que serve como ânodo, e fosfato como cátodo. Eles têm um ciclo de vida longo de até 10.000 ciclos.

Além disso, eles oferecem grande estabilidade térmica e podem lidar com curtos picos de demanda com segurança. As baterias LiFePO4 são classificadas para um limite de fuga térmica de até 510 graus Fahrenheit, o mais alto de qualquer tipo de bateria de íon de lítio disponível comercialmente.

Vantagens das baterias LiFePO4

Em comparação com baterias de chumbo-ácido e outras baterias à base de lítio, as baterias de fosfato de ferro-lítio têm uma enorme vantagem. Eles carregam e descarregam com eficiência, duram mais e podemclesem perder capacidade. Estas vantagens significam que as baterias oferecem enormes poupanças de custos ao longo da sua vida útil em comparação com outros tipos de baterias. Abaixo está uma olhada nas 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) são veículos de quatro rodas que pesam menos de 3.000 libras. Eles são alimentados por 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 LEV, uma das considerações mais importantes é a longevidade. Por exemplo, carrinhos de golfe movidos a bateria devem ter energia suficiente para circular em um campo de golfe de 18 buracos sem precisar recarregar.

Outra consideração importante é o cronograma de manutenção. Uma boa bateria não deve exigir manutenção para garantir o máximo aproveitamento de sua atividade de lazer.

A bateria também deve ser capaz de operar em condições climáticas variadas. Por exemplo, deve permitir-lhe jogar golfe tanto no calor do verão como no outono, quando as temperaturas descem.

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

Uma das melhores marcas que atende a todas essas condições básicas, mas importantes, é a ROYPOW. Sua linha de baterias de lítio LiFePO4 é classificada para temperaturas de 4°F a 131°F. As baterias vêm com um sistema de gerenciamento de bateria integrado e são extremamente fáceis de instalar.

Aplicações Industriais para Baterias de Íon de Lítio

As baterias de íons de lítio são uma opção popular em aplicações industriais. A química mais comum usada são as baterias LiFePO4. Alguns dos equipamentos mais comuns para usar essas baterias são:

Empilhadeiras de corredor estreito
Empilhadores contrabalançados
Empilhadeiras de 3 rodas
Empilhadores Walkie
Pilotos finais e centrais

Há muitas razões pelas quais as baterias de íon de lítio estão crescendo em popularidade em ambientes industriais. Os principais são:

Alta capacidade e longevidade

As baterias de íon-lítio têm maior densidade de energia e longevidade em comparação com as baterias de chumbo-ácido. Eles podem pesar um terço do peso e fornecer o mesmo resultado.

Seu ciclo de vida é outra grande vantagem. Para uma operação industrial, o objetivo é manter ao mínimo os custos recorrentes de curto prazo. Com baterias de íons de lítio, as baterias de empilhadeiras podem durar três vezes mais, levando a enormes economias de custos no longo prazo.

Eles também podem operar em uma profundidade de descarga maior, de até 80%, sem qualquer impacto em sua capacidade. Isso tem outra vantagem em economia de tempo. As operações não precisam parar no meio do caminho para trocar as baterias, o que pode economizar milhares de horas de trabalho durante 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 não está disponível para uso. Conseqüentemente, um gerente deve levar em conta esse tempo de inatividade e adquirir baterias extras.

Com baterias LiFePO4, isso não é um desafio. Um bom exemplo é oBaterias de lítio industriais ROYPOW LifePO4, que carregam quatro vezes mais rápido que as baterias de chumbo-ácido. Outro benefício é a capacidade de permanecer eficiente durante a alta. As baterias de chumbo-ácido geralmente sofrem um atraso no desempenho à medida que são descarregadas.

A linha ROYPOW de baterias industriais também não apresenta problemas de memória, graças a um eficiente sistema de gerenciamento de bateria. As baterias de chumbo-ácido geralmente sofrem com esse problema, o que pode levar ao fracasso em atingir a capacidade total.

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

Segurança e manuseio

As baterias LiFePO4 têm uma enorme vantagem em ambientes industriais. Primeiro, eles têm grande estabilidade térmica. Essas baterias podem operar em temperaturas de até 131°F sem sofrer nenhum dano. As baterias de chumbo-ácido perderiam até 80% do seu ciclo de vida a uma temperatura semelhante.

Outra questão é o peso das baterias. Para uma capacidade de bateria semelhante, as baterias de chumbo-ácido pesam significativamente mais. Como tal, muitas vezes necessitam de equipamento específico e de um tempo de instalação mais longo, o que pode levar a menos horas de trabalho gastas no trabalho.

Outra questão é a segurança do trabalhador. Em geral, as baterias LiFePO4 são mais seguras que as baterias de chumbo-ácido. De acordo com as diretrizes da OSHA, as baterias de chumbo-ácido devem ser armazenadas em uma sala especial com equipamentos projetados para eliminar gases perigosos. Isso introduz um custo e complexidade extras em uma operação industrial.

Conclusão

As baterias de íons de lítio têm uma clara vantagem em ambientes industriais e para veículos elétricos de baixa velocidade. Eles duram mais, consequentemente economizando o dinheiro dos usuários. Estas baterias também não necessitam de manutenção, o que é especialmente importante num ambiente industrial onde a poupança de custos é fundamental.