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| Da esquerda para direita: uma bateria grande 3R12 de 4,5 volts , uma pilha D , uma pilha C , uma pilha AA , uma pilha AAA , uma pilha AAAA , uma pilha A23 , uma bateria PP3 de 9 volts e um par de pilhas tipo botão (CR2032 e LR44) |
- TIPO DE COMPONENTE: Ativo
- INVENTOR: Alessandro Volta
- ANO DE INVENÇÃO: 1800
- NOMES DOS PINOS: Cátodo e ânodo
Uma bateria elétrica é uma fonte de energia elétrica que consiste em uma ou mais células eletroquímicas com conexões externas para alimentar dispositivos elétricos. Quando uma bateria está fornecendo energia, seu terminal positivo é o cátodo e seu terminal negativo é o ânodo. O terminal marcado como negativo é a fonte de elétrons. Quando uma bateria é conectada a uma carga elétrica externa, esses elétrons carregados negativamente fluem através do circuito e alcançam o terminal positivo, causando assim uma reação redox ao atrair íons carregados positivamente, ou cátions. Assim, reagentes de maior energia são convertidos em produtos de menor energia, e a diferença de energia livre é entregue ao circuito externo como energia elétrica. Historicamente, o termo "bateria" se referia especificamente a um dispositivo composto de múltiplas células; no entanto, o uso evoluiu para incluir dispositivos compostos de uma única célula.
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| A linha longa é sempre positiva, mas a polaridade pode ser indicada adicionalmente. |
TIPOS
As baterias são classificadas em formas primárias e secundárias:
- As baterias primárias são projetadas para serem usadas até esgotarem sua energia e, em seguida, descartadas. Suas reações químicas geralmente não são reversíveis, portanto, não podem ser recarregadas. Quando o suprimento de reagentes na bateria se esgota, ela para de produzir corrente e se torna inútil.
- As baterias secundárias podem ser recarregadas, ou seja, suas reações químicas podem ser revertidas pela aplicação de corrente elétrica à célula. Isso regenera os reagentes químicos originais, permitindo que sejam usadas, recarregadas e reutilizadas diversas vezes.
Alguns tipos de baterias primárias usadas, por exemplo, em circuitos telegráficos, foram restauradas à operação através da substituição dos eletrodos. As baterias secundárias não são recarregáveis indefinidamente devido à dissipação dos materiais ativos, perda de eletrólito e corrosão interna.
Baterias primárias, ou células primárias , podem produzir corrente imediatamente na montagem. Elas são mais comumente usadas em dispositivos portáteis que têm baixo consumo de corrente, são usadas apenas intermitentemente ou são usadas bem longe de uma fonte de energia alternativa, como em circuitos de alarme e comunicação onde outra energia elétrica está disponível apenas intermitentemente. As células primárias descartáveis não podem ser recarregadas de forma confiável, uma vez que as reações químicas não são facilmente reversíveis e os materiais ativos podem não retornar às suas formas originais. Os fabricantes de baterias recomendam não tentar recarregar células primárias. Em geral, elas têm densidades de energia mais altas do que as baterias recarregáveis, mas as baterias descartáveis não se saem bem em aplicações de alto consumo com cargas abaixo de 75 ohms (75 Ω). Os tipos comuns de baterias descartáveis incluem baterias de zinco-carbono e baterias alcalinas.
Baterias secundárias, também conhecidas como células secundárias, ou baterias recarregáveis, devem ser carregadas antes do primeiro uso; elas geralmente são montadas com materiais ativos no estado descarregado. Baterias recarregáveis são (re)carregadas pela aplicação de corrente elétrica, que reverte as reações químicas que ocorrem durante a descarga/uso. Dispositivos para fornecer a corrente apropriada são chamados de carregadores. A forma mais antiga de bateria recarregável é a bateria de chumbo-ácido, que é amplamente utilizada em aplicações automotivas e náuticas. Essa tecnologia contém eletrólito líquido em um recipiente não selado, exigindo que a bateria seja mantida na posição vertical e a área seja bem ventilada para garantir a dispersão segura do gás hidrogênio que ela produz durante a sobrecarga. A bateria de chumbo-ácido é relativamente pesada para a quantidade de energia elétrica que pode fornecer. Seu baixo custo de fabricação e seus altos níveis de corrente de surto a tornam comum onde sua capacidade (acima de aproximadamente 10 Ah) é mais importante do que problemas de peso e manuseio. Uma aplicação comum é a bateria de carro moderna , que pode, em geral, fornecer uma corrente de pico de 450 amperes.
Composição: Muitos tipos de células eletroquímicas foram produzidos, com diversos processos químicos e projetos, incluindo células galvânicas, células eletrolíticas, células de combustível, células de fluxo e pilhas voltaicas.
Uma bateria de célula úmida tem um eletrólito líquido . Outros nomes são célula inundada, uma vez que o líquido cobre todas as partes internas ou célula ventilada, uma vez que os gases produzidos durante a operação podem escapar para o ar. As células úmidas foram precursoras das células secas e são comumente usadas como uma ferramenta de aprendizado para eletroquímica. Elas podem ser construídas com suprimentos comuns de laboratório, como béqueres, para demonstrações de como as células eletroquímicas funcionam. Um tipo particular de célula úmida conhecido como célula de concentração é importante para entender a corrosão. As células úmidas podem ser células primárias (não recarregáveis) ou células secundárias (recarregáveis). Originalmente, todas as baterias primárias práticas, como a célula de Daniell, eram construídas como células úmidas de frasco de vidro de topo aberto. Outras células úmidas primárias são a célula de Leclanche, célula de Grove, célula de Bunsen, célula de ácido crômico, célula de Clark e célula de Weston. A química da célula de Leclanche foi adaptada às primeiras células secas. As células úmidas ainda são usadas em baterias de automóveis e na indústria para energia de reserva para aparelhagens de comutação, telecomunicações ou grandes fontes de alimentação ininterruptas , mas em muitos lugares as baterias com gel cells têm sido utilizadas em seu lugar. Essas aplicações geralmente utilizam células de chumbo-ácido ou níquel-cádmio. Baterias de sal fundido são baterias primárias ou secundárias que utilizam um sal fundido como eletrólito. Elas operam em altas temperaturas e devem ser bem isoladas para reter o calor.
Uma pilha seca usa um eletrólito em pasta, com umidade apenas suficiente para permitir o fluxo de corrente. Ao contrário de uma pilha úmida, uma pilha seca pode operar em qualquer orientação sem derramar, pois não contém líquido livre, tornando-a adequada para equipamentos portáteis. Em comparação, as primeiras pilhas úmidas eram tipicamente recipientes de vidro frágeis com hastes de chumbo penduradas na parte superior aberta e precisavam de manuseio cuidadoso para evitar derramamento. As baterias de chumbo-ácido não alcançaram a segurança e a portabilidade da pilha seca até o desenvolvimento da bateria de gel. Uma pilha seca comum é a bateria de zinco-carbono, às vezes chamada de pilha seca de Leclanché , com uma voltagem nominal de 1,5 volts, a mesma da pilha alcalina (já que ambas usam a mesma combinação de zinco - dióxido de manganês ). Uma pilha seca padrão compreende um ânodo de zinco , geralmente na forma de um pote cilíndrico, com um cátodo de carbono na forma de uma haste central. O eletrólito é cloreto de amônio na forma de uma pasta ao lado do ânodo de zinco. O espaço restante entre o eletrólito e o cátodo de carbono é preenchido por uma segunda pasta composta de cloreto de amônio e dióxido de manganês, este último atuando como despolarizador. Em alguns projetos, o cloreto de amônio é substituído por cloreto de zinco.
Uma bateria reserva pode ser armazenada desmontada (desativada e sem fornecer energia) por um longo período (talvez anos). Quando a bateria é necessária, ela é montada (por exemplo, adicionando eletrólito); uma vez montada, a bateria está carregada e pronta para funcionar. Por exemplo, uma bateria para um espoleta de artilharia eletrônica pode ser ativada pelo impacto do disparo de uma arma. A aceleração rompe uma cápsula de eletrólito que ativa a bateria e alimenta os circuitos do espoleta. Baterias reservas são geralmente projetadas para uma vida útil curta (segundos ou minutos) após um longo período de armazenamento (anos). Uma bateria ativada por água para instrumentos oceanográficos ou aplicações militares é ativada por imersão em água.
Em 28 de fevereiro de 2017, a Universidade do Texas em Austin emitiu um comunicado à imprensa sobre um novo tipo de bateria de estado sólido, desenvolvida por uma equipe liderada pelo inventor da bateria de íons de lítio, John Goodenough, "que poderia levar a baterias recarregáveis mais seguras, de carregamento mais rápido e de maior duração para dispositivos móveis portáteis, carros elétricos e armazenamento de energia estacionário". A bateria de estado sólido também é considerada como tendo "três vezes a densidade de energia", aumentando sua vida útil em veículos elétricos, por exemplo. Também deve ser mais ecologicamente correta, uma vez que a tecnologia usa materiais menos caros e ecológicos, como o sódio extraído da água do mar. Elas também têm uma vida útil muito mais longa.
A Sony desenvolveu uma bateria biológica que gera eletricidade a partir do açúcar de forma semelhante aos processos observados em organismos vivos. A bateria gera eletricidade por meio do uso de enzimas que decompõem carboidratos.
A bateria de chumbo-ácido regulada por válvula selada (bateria VRLA) é popular na indústria automotiva como substituta da célula úmida de chumbo-ácido. A bateria VRLA utiliza um eletrólito de ácido sulfúrico imobilizado, reduzindo a chance de vazamento e prolongando sua vida útil. As baterias VRLA imobilizam o eletrólito. Os dois tipos são:
- Baterias de gel (ou "células de gel") usam um eletrólito semissólido.
- As baterias Absorbed Glass Mat (AGM) absorvem o eletrólito em uma camada especial de fibra de vidro.
Outras baterias recarregáveis portáteis incluem vários tipos de "células secas" seladas, úteis em aplicações como celulares e laptops. Células desse tipo (em ordem crescente de densidade de potência e custo) incluem células de níquel-cádmio (NiCd), níquel-zinco (NiZn), níquel-hidreto metálico (NiMH) e íons de lítio (Li-ion). As células de íons de lítio têm, de longe, a maior participação no mercado de células secas recarregáveis. O NiMH substituiu o NiCd na maioria das aplicações devido à sua maior capacidade, mas o NiCd continua em uso em ferramentas elétricas, rádios bidirecionais e equipamentos médicos.
Na década de 2000, os desenvolvimentos incluem baterias com componentes eletrônicos embarcados, como a USBCELL , que permite o carregamento de uma bateria AA por meio de um conector USB , baterias nanoball que permitem uma taxa de descarga cerca de 100 vezes maior do que as baterias atuais, e baterias inteligentes com monitores de estado de carga e circuitos de proteção de bateria que evitam danos em caso de descarga excessiva. A baixa autodescarga (LSD) permite que as células secundárias sejam carregadas antes do envio.
Baterias de lítio-enxofre foram usadas no voo mais longo e de maior altitude alimentado por energia solar.
Graus de consumo e industriais: Baterias de todos os tipos são fabricadas em níveis de consumo e industriais. Baterias industriais mais caras podem utilizar compostos químicos que proporcionam maior relação potência-tamanho, menor autodescarga e, portanto, maior vida útil quando não estão em uso, maior resistência a vazamentos e, por exemplo, capacidade de suportar altas temperaturas e umidade associadas à esterilização em autoclave médica.
Combinação e gestão: Baterias de formato padrão são inseridas no compartimento de baterias do dispositivo que as utiliza. Quando um dispositivo não utiliza baterias de formato padrão, elas normalmente são combinadas em um conjunto de baterias personalizado que comporta várias baterias, além de recursos como um sistema de gerenciamento de bateria e um isolador de bateria, que garantem que as baterias sejam carregadas e descarregadas uniformemente.
Tamanhos: As baterias primárias prontamente disponíveis aos consumidores variam de minúsculas células-botão usadas em relógios elétricos à pilha nº 6 usada em circuitos de sinal ou outras aplicações de longa duração. As células secundárias são fabricadas em tamanhos muito grandes; baterias muito grandes podem alimentar um submarino ou estabilizar uma rede elétrica e ajudar a nivelar picos de carga.
Em 2017, a maior bateria do mundo foi construída na Austrália do Sul pela Tesla. Ela pode armazenar 129 MWh. Uma bateria na província de Hebei, China, que pode armazenar 36 MWh de eletricidade, foi construída em 2013 a um custo de US$ 500 milhões. Outra grande bateria, composta de células de Ni-Cd, estava em Fairbanks, Alasca. Ela cobria 2.000 metros quadrados (22.000 pés quadrados) - maior que um campo de futebol - e pesava 1.300 toneladas. Foi fabricada pela ABB para fornecer energia de reserva em caso de apagão. A bateria pode fornecer 40 MW de energia por até sete minutos. Baterias de sódio-enxofre foram usadas para armazenar energia eólica. Um sistema de bateria de 4,4 MWh que pode fornecer 11 MW por 25 minutos estabiliza a produção do parque eólico de Auwahi, no Havaí.
Comparação: Muitas propriedades importantes das células, como voltagem, densidade de energia, inflamabilidade, construções de células disponíveis, faixa de temperatura operacional e vida útil, são ditadas pela química da bateria.
PERIGOS
Uma explosão de bateria geralmente é causada por mau uso ou mau funcionamento, como tentativa de recarregar uma bateria primária (não recarregável) ou um curto-circuito.
Quando uma bateria é recarregada a uma taxa excessiva, uma mistura gasosa explosiva de hidrogênio e oxigênio pode ser produzida mais rápido do que pode escapar de dentro da bateria (por exemplo, através de uma ventilação embutida), levando ao acúmulo de pressão e eventual explosão da caixa da bateria. Em casos extremos, os produtos químicos da bateria podem espirrar violentamente da caixa e causar ferimentos. Um resumo especializado do problema indica que esse tipo usa "eletrólitos líquidos para transportar íons de lítio entre o ânodo e o cátodo. Se uma célula da bateria for carregada muito rapidamente, pode causar um curto-circuito, levando a explosões e incêndios". As baterias de carro têm maior probabilidade de explodir quando um curto-circuito gera correntes muito grandes. Essas baterias produzem hidrogênio , que é muito explosivo, quando são sobrecarregadas (devido à eletrólise da água no eletrólito). Durante o uso normal, a quantidade de sobrecarga geralmente é muito pequena e gera pouco hidrogênio, que se dissipa rapidamente. Entretanto, ao dar a partida em um carro, a alta corrente pode causar a liberação rápida de grandes volumes de hidrogênio, que podem ser inflamados explosivamente por uma faísca próxima, por exemplo, ao desconectar um cabo de ligação.
Sobrecarga (tentativa de carregar uma bateria além de sua capacidade elétrica) também pode levar à explosão da bateria, além de vazamento ou danos irreversíveis. Também pode causar danos ao carregador ou ao dispositivo no qual a bateria sobrecarregada for posteriormente utilizada.
Descartar uma bateria por incineração pode causar uma explosão, pois o vapor se acumula dentro do invólucro selado.
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| Eletrólito cristalizado de uma pilha alcalina vazada. |
Muitos produtos químicos presentes em baterias são corrosivos, tóxicos ou ambos. Se ocorrer vazamento , seja espontâneo ou acidental, os produtos químicos liberados podem ser perigosos. Por exemplo, baterias descartáveis costumam usar uma "lata" de zinco tanto como reagente quanto como recipiente para armazenar os outros reagentes. Se esse tipo de bateria for descarregado em excesso, os reagentes podem vazar através do papelão e do plástico que formam o restante do recipiente. O vazamento do produto químico ativo pode danificar ou inutilizar os equipamentos alimentados pelas baterias. Por esse motivo, muitos fabricantes de dispositivos eletrônicos recomendam a remoção das baterias de dispositivos que não serão usados por longos períodos.
Muitos tipos de baterias utilizam materiais tóxicos como chumbo, mercúrio e cádmio como eletrodo ou eletrólito. Quando cada bateria chega ao fim de sua vida útil, ela deve ser descartada para evitar danos ambientais. As baterias são uma forma de lixo eletrônico (e-waste). Os serviços de reciclagem de lixo eletrônico recuperam substâncias tóxicas, que podem então ser usadas para novas baterias. Dos quase três bilhões de baterias compradas anualmente nos Estados Unidos, cerca de 179.000 toneladas acabam em aterros sanitários em todo o país.
As baterias podem ser prejudiciais ou fatais se ingeridas. Pequenas células-botão podem ser engolidas, em particular por crianças pequenas. Enquanto no trato digestivo, a descarga elétrica da bateria pode levar a danos nos tecidos; tais danos são ocasionalmente sérios e podem levar à morte. Baterias de disco ingeridas geralmente não causam problemas, a menos que fiquem alojadas no trato gastrointestinal. O local mais comum para baterias de disco se alojarem é o esôfago, resultando em sequelas clínicas. Baterias que atravessam o esôfago com sucesso têm pouca probabilidade de se alojarem em outro lugar. A probabilidade de uma bateria de disco se alojar no esôfago é uma função da idade do paciente e do tamanho da bateria. Crianças mais velhas não têm problemas com baterias menores que 21–23 mm. A necrose por liquefação pode ocorrer porque o hidróxido de sódio é gerado pela corrente produzida pela bateria (geralmente no ânodo). A perfuração ocorreu tão rapidamente quanto 6 horas após a ingestão.
Alguns fabricantes de baterias adicionaram um gosto ruim às baterias para desencorajar a ingestão.
QUÍMICA E PRINCÍPIOS
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| Um diagrama de uma célula eletroquímica. O autor, Alksub, fez isso em POV-Ray. |
As baterias convertem energia química diretamente em energia elétrica. Em muitos casos, a energia elétrica liberada é a diferença nas energias coesivas ou de ligação dos metais, óxidos ou moléculas que passam pela reação eletroquímica. Por exemplo, a energia pode ser armazenada em Zn ou Li, que são metais de alta energia porque não são estabilizados pela ligação de elétrons d, ao contrário dos metais de transição . As baterias são projetadas de modo que a reação redox energeticamente favorável possa ocorrer apenas quando os elétrons se movem pela parte externa do circuito.
Uma bateria consiste em um certo número de células voltaicas . Cada célula consiste em duas meias-células conectadas em série por um eletrólito condutor contendo cátions metálicos. Uma meia-célula inclui o eletrólito e o eletrodo negativo, o eletrodo para o qual os ânions (íons carregados negativamente) migram; a outra meia-célula inclui o eletrólito e o eletrodo positivo, para o qual os cátions ( íons carregados positivamente ) migram. Os cátions são reduzidos (elétrons são adicionados) no cátodo, enquanto os átomos metálicos são oxidados (elétrons são removidos) no ânodo. Algumas células usam eletrólitos diferentes para cada meia-célula; então um separador é usado para evitar a mistura dos eletrólitos enquanto permite que os íons fluam entre as meias-células para completar o circuito elétrico.
Cada meia-célula tem uma força eletromotriz (fem, medida em volts) em relação a um padrão. A fem líquida da célula é a diferença entre as fems de suas meias-células. Assim, se os eletrodos têm fems e, então a fem líquida é; em outras palavras, a fem líquida é a diferença entre os potenciais de redução das meias-reações.
A força motriz elétrica ou ΔV através dos terminais de uma célula é conhecida como tensão terminal (diferença) e é medida em volts. A tensão terminal de uma célula que não está carregando nem descarregando é chamada de tensão de circuito aberto e é igual à fem da célula. Devido à resistência interna, a tensão terminal de uma célula que está descarregando é menor em magnitude do que a tensão de circuito aberto e a tensão terminal de uma célula que está carregando excede a tensão de circuito aberto. Uma célula ideal tem resistência interna desprezível, então ela manteria uma tensão terminal constante de E até se esgotar, caindo então a zero. Se tal célula mantivesse 1,5 volts e produzisse uma carga de um coulomb, então, em descarga completa, teria realizado 1,5 joules de trabalho. Em células reais, a resistência interna aumenta sob descarga e a tensão de circuito aberto também diminui sob descarga. Se a tensão e a resistência forem plotadas em função do tempo, os gráficos resultantes normalmente são uma curva; o formato da curva varia de acordo com a química e o arranjo interno empregados.
A voltagem desenvolvida através dos terminais de uma célula depende da liberação de energia das reações químicas de seus eletrodos e eletrólitos. Células alcalinas e de zinco-carbono têm químicas diferentes, mas aproximadamente a mesma fem de 1,5 volts; da mesma forma, células de NiCd e NiMH têm químicas diferentes, mas aproximadamente a mesma fem de 1,2 volts. As altas mudanças de potencial eletroquímico nas reações de compostos de lítio dão às células de lítio fems de 3 volts ou mais.
Quase qualquer objeto líquido ou úmido que tenha íons suficientes para ser eletricamente condutor pode servir como eletrólito para uma célula. Como novidade ou demonstração científica, é possível inserir dois eletrodos feitos de metais diferentes em um LIMÃO, BATATA, etc. e gerar pequenas quantidades de eletricidade.
Uma pilha voltaica pode ser feita a partir de duas moedas (como uma de níquel e uma de um centavo) e um pedaço de PAPEL-TOALHA um e decido em ÁGUA SALGADA. Tal pilha gera uma voltagem muito baixa, mas, quando muitas são empilhadas em série , podem substituir baterias normais por um curto período de tempo.
DESEMPENHO, CAPACIDADE E DESCARGA
As características de uma bateria podem variar ao longo do ciclo de carga, do ciclo de carga e ao longo da vida útil devido a diversos fatores, incluindo química interna, consumo de corrente e temperatura. Em baixas temperaturas, uma bateria não consegue fornecer tanta energia. Por isso, em climas frios, alguns proprietários de automóveis instalam aquecedores de bateria, que são pequenas almofadas elétricas de aquecimento que mantêm a bateria do carro aquecida. A carga e a descarga podem ser definidas e medidas em uma equação matemática como esta:
onde P1q é a capacidade total da célula.
cé a descarga da célula.
aI é o esgotamento da carga na célula.
A capacidade de uma bateria é a quantidade de carga elétrica que ela pode fornecer a uma voltagem que não caia abaixo da voltagem terminal especificada. Quanto mais material de eletrodo contido na célula, maior será sua capacidade. Uma célula pequena tem menos capacidade do que uma célula maior com a mesma química, embora desenvolvam a mesma voltagem de circuito aberto. A capacidade geralmente é declarada em amperes-hora (A·h) (mAh para baterias pequenas). A capacidade nominal de uma bateria geralmente é expressa como o produto de 20 horas multiplicado pela corrente que uma bateria nova pode fornecer consistentemente por 20 horas a 20 °C (68 °F), enquanto permanece acima de uma voltagem terminal especificada por célula. Por exemplo, uma bateria avaliada em 100 A·h pode fornecer 5 A em um período de 20 horas em temperatura ambiente. A fração da carga armazenada que uma bateria pode fornecer depende de vários fatores, incluindo a química da bateria, a taxa na qual a carga é fornecida (corrente), a voltagem terminal necessária, o período de armazenamento, a temperatura ambiente e outros fatores.
Quanto maior a taxa de descarga, menor a capacidade. A relação entre corrente, tempo de descarga e capacidade de uma bateria de chumbo-ácido é aproximada (em uma faixa típica de valores de corrente) pela lei de Peukert:
onde Qp é a capacidade quando descarregada a uma taxa de 1 amp.
I é a corrente consumida pela bateria ( A ).
t é a quantidade de tempo (em horas) que uma bateria pode sustentar.
k é uma constante em torno de 1,3.
Baterias carregadas (recarregáveis ou descartáveis) perdem carga por autodescarga interna ao longo do tempo, embora não sejam descarregadas, devido à presença de reações colaterais geralmente irreversíveis que consomem portadores de carga sem produzir corrente. A taxa de autodescarga depende da química e da construção da bateria, normalmente de meses a anos para perdas significativas. Quando as baterias são recarregadas, reações colaterais adicionais reduzem a capacidade para descargas subsequentes. Após recargas suficientes, em essência, toda a capacidade é perdida e a bateria para de produzir energia. Perdas internas de energia e limitações na taxa em que os íons passam pelo eletrólito fazem com que a eficiência da bateria varie. Acima de um limite mínimo, a descarga a uma taxa baixa fornece mais da capacidade da bateria do que a uma taxa mais alta. A instalação de baterias com classificações A·h variáveis altera o tempo de operação, mas não a operação do dispositivo, a menos que os limites de carga sejam excedidos. Cargas de alto consumo, como câmeras digitais, podem reduzir a capacidade total de baterias recarregáveis ou descartáveis. Por exemplo, uma bateria com capacidade nominal de 2 A·h para uma descarga de 10 ou 20 horas não sustentaria uma corrente de 1 A por duas horas inteiras, como sua capacidade declarada sugere.
A taxa C é uma medida da taxa na qual uma bateria está sendo carregada ou descarregada. É definida como a corrente através da bateria dividida pelo consumo teórico de corrente sob o qual a bateria forneceria sua capacidade nominal em uma hora. Ela tem as unidades h −1. Devido à perda de resistência interna e aos processos químicos dentro das células, uma bateria raramente fornece a capacidade nominal em apenas uma hora. Normalmente, a capacidade máxima é encontrada em uma taxa C baixa, e carregar ou descarregar em uma taxa C mais alta reduz a vida útil e a capacidade de uma bateria. Os fabricantes frequentemente publicam planilhas de dados com gráficos mostrando curvas de capacidade versus taxa C. A taxa C também é usada como uma classificação em baterias para indicar a corrente máxima que uma bateria pode fornecer com segurança em um circuito. Os padrões para baterias recarregáveis geralmente classificam a capacidade e os ciclos de carga em um tempo de descarga de 4 horas (0,25 °C), 8 horas (0,125 °C) ou mais. Tipos destinados a propósitos especiais, como em uma fonte de alimentação ininterrupta de computador , podem ser classificados pelos fabricantes para períodos de descarga muito inferiores a uma hora (1C), mas podem sofrer com vida útil limitada.
Em 2009, o fosfato de ferro e lítio experimental (LiFePO4) a tecnologia de bateria forneceu o carregamento e entrega de energia mais rápidos, descarregando toda a sua energia em uma carga em 10 a 20 segundos. Em 2024, um protótipo de bateria para carros elétricos que poderia carregar de 10% a 80% em cinco minutos foi demonstrado, e uma empresa chinesa afirmou que as baterias de carro que ela havia introduzido carregavam de 10% a 80% em 10,5 minutos - as baterias mais rápidas disponíveis - em comparação com os 15 minutos da Tesla para meia carga.
LEGISLAÇÃO E REGULAMENTAÇÃO
A legislação sobre baterias elétricas inclui tópicos como descarte seguro e reciclagem.
Nos Estados Unidos, a Lei de Gestão de Baterias Recarregáveis e Contendo Mercúrio de 1996 proibiu a venda de baterias contendo mercúrio, promulgou requisitos uniformes de rotulagem para baterias recarregáveis e exigiu que as baterias recarregáveis fossem facilmente removíveis. A Califórnia e a cidade de Nova York proíbem o descarte de baterias recarregáveis em resíduos sólidos. A indústria de baterias recarregáveis opera programas nacionais de reciclagem nos Estados Unidos e Canadá, com pontos de entrega em varejistas locais.
A Diretiva de Baterias da União Europeia tem requisitos semelhantes, além de exigir o aumento da reciclagem de baterias e promover a pesquisa sobre métodos aprimorados de reciclagem de baterias. De acordo com esta diretiva, todas as baterias a serem vendidas na UE devem ser marcadas com o "símbolo de coleta" (uma lixeira com rodas riscada). Este deve cobrir pelo menos 3% da superfície das baterias prismáticas e 1,5% da superfície das baterias cilíndricas. Todas as embalagens devem ser marcadas da mesma forma.
Em resposta a acidentes e falhas relatados, ocasionalmente ignição ou explosão, os recalls de dispositivos que usam baterias de íon-lítio tornaram-se mais comuns nos últimos anos.
Em 9 de dezembro de 2022, o Parlamento Europeu chegou a um acordo para obrigar, a partir de 2026, os fabricantes a projetar todos os aparelhos elétricos vendidos na UE (e não usados predominantemente em condições de humidade) de modo que os consumidores possam remover e substituir facilmente as baterias.
HISTÓRIA
Invenção: A partir de meados do século XVIII, antes mesmo da existência de baterias, os experimentadores usavam jarras de Leyden para armazenar carga elétrica. Como uma forma primitiva de capacitor, as jarras de Leyden, diferentemente das células eletroquímicas, armazenavam sua carga fisicamente e a liberavam de uma só vez. Muitos experimentadores passaram a conectar várias jarras de Leyden para criar uma carga mais forte, e um deles, o inventor colonial americano Benjamin Franklin , pode ter sido o primeiro a chamar seu agrupamento de "bateria elétrica", um trocadilho com o termo militar para armas que funcionam juntas.
Com base em algumas descobertas de Luigi Galvani , Alessandro Volta , um amigo e colega cientista, acreditava que os fenômenos elétricos observados eram causados por dois metais diferentes unidos por um intermediário úmido. Ele verificou essa hipótese por meio de experimentos e publicou os resultados em 1791. Em 1800, Volta inventou a primeira bateria verdadeira, armazenando e liberando uma carga por meio de uma reação química em vez de fisicamente, que veio a ser conhecida como pilha voltaica . A pilha voltaica consistia em pares de discos de cobre e zinco empilhados um sobre o outro, separados por uma camada de pano ou papelão embebido em salmoura (ou seja, o eletrólito). Ao contrário da garrafa de Leyden , a pilha voltaica produzia eletricidade contínua e corrente estável e perdia pouca carga ao longo do tempo quando não estava em uso, embora seus primeiros modelos não pudessem produzir uma voltagem forte o suficiente para produzir faíscas. Ele experimentou com vários metais e descobriu que o zinco e a prata deram os melhores resultados.
Volta acreditava que a corrente era o resultado do simples contato de dois materiais diferentes – uma teoria científica obsoleta conhecida como tensão de contato – e não o resultado de reações químicas. Consequentemente, ele considerava a corrosão das placas de zinco uma falha não relacionada que talvez pudesse ser corrigida alterando-se os materiais de alguma forma. No entanto, nenhum cientista jamais conseguiu evitar essa corrosão. De fato, observou-se que a corrosão era mais rápida quando uma corrente mais alta era aplicada. Isso sugeria que a corrosão era, na verdade, essencial à capacidade da bateria de produzir corrente. Isso, em parte, levou à rejeição da teoria da tensão de contato de Volta em favor da teoria eletroquímica. As ilustrações de Volta de sua Coroa de Copas e da pilha voltaica apresentam discos metálicos extras, agora conhecidos por serem desnecessários, tanto na parte superior quanto na inferior. A figura associada a esta seção, da pilha voltaica de zinco-cobre, tem o design moderno, uma indicação de que a "tensão de contato" não é a fonte da força eletromotriz da pilha voltaica.
Os modelos de pilha originais de Volta tinham algumas falhas técnicas, uma delas envolvendo o vazamento de eletrólito e causando curtos-circuitos devido ao peso dos discos comprimindo o pano embebido em salmoura. Um escocês chamado William Cruickshank resolveu esse problema colocando os elementos horizontalmente em uma caixa em vez de empilhá-los. Isso era conhecido como bateria de calha. O próprio Volta inventou uma variante que consistia em uma corrente de copos cheios de uma solução salina, ligados entre si por arcos metálicos mergulhados no líquido. Isso era conhecido como Coroa de Copos. Esses arcos eram feitos de dois metais diferentes (por exemplo, zinco e cobre) soldados juntos. Este modelo também provou ser mais eficiente do que suas pilhas originais, embora não tenha se mostrado tão popular.
Outro problema com as baterias de Volta era a curta duração da bateria (uma hora no máximo), que era causada por dois fenômenos. O primeiro era que a corrente produzida eletrolisava a solução eletrolítica, resultando na formação de uma película de bolhas de hidrogênio no cobre, o que aumentava constantemente a resistência interna da bateria (este efeito, chamado polarização, é neutralizado em células modernas por medidas adicionais). O outro era um fenômeno chamado ação local , em que pequenos curtos-circuitos se formavam em torno de impurezas no zinco, causando sua degradação. O último problema foi resolvido em 1835 pelo inventor inglês William Sturgeon , que descobriu que o zinco amalgamado, cuja superfície havia sido tratada com algum mercúrio , não sofria de ação local.
Apesar de suas falhas, as baterias de Volta fornecem uma corrente mais constante do que as garrafas de Leyden e possibilitaram muitos novos experimentos e descobertas, como a primeira eletrólise da água pelo cirurgião inglês Anthony Carlisle e pelo químico inglês William Nicholson.
Primeiras baterias práticas - Célula de Daniell: Um professor de química inglês chamado John Frederic Daniell encontrou uma maneira de resolver o problema das bolhas de hidrogênio na Pilha Voltaica usando um segundo eletrólito para consumir o hidrogênio produzido pelo primeiro. Em 1836, ele inventou a pilha de Daniell, que consiste em um pote de cobre preenchido com uma solução de sulfato de cobre , no qual está imerso um recipiente de barro não vitrificado preenchido com ácido sulfúrico e um eletrodo de zinco. A barreira de barro é porosa, o que permite a passagem de íons, mas impede que as soluções se misturem.
A célula de Daniell representou um grande avanço em relação à tecnologia existente nos primórdios do desenvolvimento de baterias e foi a primeira fonte prática de eletricidade. Ela fornece uma corrente mais longa e confiável do que a célula voltaica. Também é mais segura e menos corrosiva. Possui uma tensão operacional de aproximadamente 1,1 volts. Logo se tornou o padrão da indústria, especialmente com as novas redes telegráficas.
A pilha de Daniell também foi usada como o primeiro padrão de trabalho para definição do volt, que é a unidade de força eletromotriz.
célula de pássaro: Uma versão da célula de Daniell foi inventada em 1837 pelo médico do Guy's Hospital, Golding Bird, que utilizou uma barreira de gesso para manter as soluções separadas. Os experimentos de Bird com essa célula foram de grande importância para a nova disciplina da eletrometalurgia .
Célula de vaso porosa: A versão em vaso poroso da célula de Daniell foi inventada por John Dancer, um fabricante de instrumentos de Liverpool, em 1838. Consiste em um ânodo central de zinco mergulhado em um vaso poroso de barro contendo uma solução de sulfato de zinco. O vaso poroso, por sua vez, é imerso em uma solução de sulfato de cobre contida em uma lata de cobre, que atua como cátodo da célula. O uso de uma barreira porosa permite a passagem de íons, mas impede que as soluções se misturem.
Célula de gravidade: Na década de 1860, um francês chamado Callaud inventou uma variante da célula de Daniell, chamada célula gravitacional. Essa versão mais simples dispensava a barreira porosa. Isso reduzia a resistência interna do sistema e, assim, a bateria produzia uma corrente mais forte. Rapidamente se tornou a bateria preferida das redes telegráficas americana e britânica, sendo amplamente utilizada até a década de 1950.
A célula de gravidade consiste em um recipiente de vidro com um cátodo de cobre na parte inferior e um ânodo de zinco suspenso sob a borda. Cristais de sulfato de cobre são espalhados ao redor do cátodo e, em seguida, o recipiente é preenchido com água destilada. À medida que a corrente é conduzida, uma camada de solução de sulfato de zinco se forma na parte superior, ao redor do ânodo. Essa camada superior é mantida separada da camada inferior de sulfato de cobre por sua menor densidade e pela polaridade da célula.
A camada de sulfato de zinco é transparente, em contraste com a camada de sulfato de cobre azul-escuro, o que permite ao técnico medir a vida útil da bateria com um simples olhar. Por outro lado, essa configuração significa que a bateria só pode ser usada em um aparelho fixo, caso contrário, as soluções se misturam ou vazam. Outra desvantagem é que é necessário um fluxo constante de corrente para evitar que as duas soluções se misturem por difusão, tornando-a inadequada para uso intermitente.
Célula de Poggendorff: O cientista alemão Johann Christian Poggendorff superou os problemas com a separação do eletrólito e do despolarizador usando um pote de barro poroso em 1842. Na célula de Poggendorff, às vezes chamada de célula de Grenet devido aos trabalhos de Eugene Grenet por volta de 1859, o eletrólito é ácido sulfúrico diluído e o despolarizador é ácido crômico. Os dois ácidos são fisicamente misturados, eliminando o pote poroso. O eletrodo positivo (cátodo) são duas placas de carbono, com uma placa de zinco (negativa ou ânodo) posicionada entre elas. Devido à tendência da mistura de ácidos de reagir com o zinco, um mecanismo é fornecido para elevar o eletrodo de zinco para longe dos ácidos.
A célula fornece 1,9 volts. Foi popular entre os experimentadores por muitos anos devido à sua voltagem relativamente alta, maior capacidade de produzir uma corrente constante e ausência de fumaça, mas a relativa fragilidade de seu fino invólucro de vidro e a necessidade de levantar a placa de zinco quando a célula não estava em uso acabaram por fazê-la cair em desuso. A célula também era conhecida como "célula de ácido crômico", mas principalmente como "célula de bicromato". Este último nome veio da prática de produzir ácido crômico pela adição de ácido sulfúrico ao dicromato de potássio, mesmo que a célula em si não contenha dicromato.
A célula de Fuller foi desenvolvida a partir da célula de Poggendorff. Embora a química seja basicamente a mesma, os dois ácidos são novamente separados por um recipiente poroso e o zinco é tratado com mercúrio para formar um amálgama.
Célula Grove: O galês William Robert Grove inventou a célula de Grove em 1839. Ela consiste em um ânodo de zinco imerso em ácido sulfúrico e um cátodo de platina imerso em ácido nítrico , separados por cerâmica porosa. A célula de Grove fornece uma alta corrente e quase o dobro da voltagem da célula de Daniell, o que a tornou a célula preferida das redes telegráficas americanas por um tempo. No entanto, ela emite vapores tóxicos de óxido nítrico quando operada. A voltagem também cai drasticamente à medida que a carga diminui, o que se tornou um problema à medida que as redes telegráficas se tornaram mais complexas. A platina era e ainda é muito cara.
Célula Dun: Alfred Dun 1885, ácido nitromuriático ( água regis ) – ferro e carbono:
“No novo elemento, podem ser usadas vantajosamente como líquido excitante, no primeiro caso, soluções que, em condições concentradas, tenham grande poder despolarizante, que efetuem toda a despolarização quimicamente, sem necessitar do expediente mecânico de aumento da superfície de carbono. É preferível usar ferro como eletrodo positivo e, como líquido excitante, ácido nitromuriático ( aqua regis ), a mistura consistindo de ácidos muriático e nítrico. O ácido nitromuriático, como explicado acima, serve para preencher ambas as células. Para as células de carbono, é usado forte ou muito levemente diluído, mas para as outras células muito diluído (cerca de um vigésimo, ou no máximo um décimo). O elemento contendo em uma célula carbono e ácido nitromuriático concentrado e na outra célula ferro e ácido nitromuriático diluído permanece constante por pelo menos vinte horas quando empregado para iluminação elétrica incandescente”.
— Especificações e Desenhos de Patentes Relativas à Eletricidade ... , Volume 34
Pilhas recarregáveis e pilhas secas - Chumbo-ácido: Até este ponto, todas as baterias existentes seriam permanentemente drenadas quando todos os seus reagentes químicos fossem gastos. Em 1859, Gaston Planté inventou a bateria de chumbo-ácido, a primeira bateria que poderia ser recarregada passando uma corrente reversa através dela. Uma célula de chumbo-ácido consiste em um ânodo de chumbo e um cátodo de dióxido de chumbo imersos em ácido sulfúrico. Ambos os eletrodos reagem com o ácido para produzir sulfato de chumbo , mas a reação no ânodo de chumbo libera elétrons enquanto a reação no dióxido de chumbo os consome, produzindo assim uma corrente. Essas reações químicas podem ser revertidas passando uma corrente reversa através da bateria, recarregando-a.
O primeiro modelo de Planté consistia em duas folhas de chumbo separadas por tiras de borracha e enroladas em espiral. Suas baterias foram usadas pela primeira vez para alimentar as luzes dos vagões de trem enquanto parados em uma estação. Em 1881, Camille Alphonse Faure inventou uma versão melhorada que consiste em uma treliça de chumbo na qual é pressionada uma pasta de óxido de chumbo, formando uma placa. Várias placas podem ser empilhadas para maior desempenho. Este projeto é mais fácil de produzir em massa.
Comparada a outras baterias, a da Planté é bastante pesada e volumosa para a quantidade de energia que pode armazenar. No entanto, ela pode produzir correntes notavelmente altas em surtos, pois possui resistência interna muito baixa, o que significa que uma única bateria pode ser usada para alimentar vários circuitos.
A bateria de chumbo-ácido ainda é usada hoje em dia em automóveis e outras aplicações onde o peso não é um fator importante. O princípio básico não mudou desde 1859. No início da década de 1930, um eletrólito em gel (em vez de um líquido) produzido pela adição de sílica a uma célula carregada era usado na bateria de longa duração de rádios portáteis de válvulas . Na década de 1970, versões "seladas" tornaram-se comuns (comumente conhecidas como " célula de gel " ou " SLA "), permitindo que a bateria fosse usada em diferentes posições sem falhas ou vazamentos.
Hoje, as células são classificadas como "primárias" se produzem corrente apenas até que seus reagentes químicos se esgotem, e "secundárias" se as reações químicas podem ser revertidas pela recarga da célula. A célula de chumbo-ácido foi a primeira célula "secundária".
Célula de Leclanché: Em 1866, Georges Leclanché inventou uma bateria que consiste em um ânodo de zinco e um cátodo de dióxido de manganês envoltos em um material poroso, mergulhados em um frasco de solução de cloreto de amônio. O cátodo de dióxido de manganês também possui um pouco de carbono misturado, o que melhora a condutividade e a absorção. Ela fornecia uma voltagem de 1,4 volts. Essa célula obteve sucesso muito rápido em telegrafia, sinalização e trabalho com campainhas elétricas.
A forma de pilha seca era usada para alimentar os primeiros telefones — geralmente a partir de uma caixa de madeira adjacente, fixada para acomodar baterias, antes que os telefones pudessem obter energia da própria linha telefônica. A pilha de Leclanché não consegue fornecer corrente contínua por muito tempo. Em conversas longas, a bateria descarregava, tornando a conversa inaudível. Isso ocorre porque certas reações químicas na pilha aumentam a resistência interna e, portanto, diminuem a voltagem.
Célula de zinco-carbono, a primeira célula seca: Muitos experimentadores tentaram imobilizar o eletrólito de uma célula eletroquímica para torná-la mais conveniente de usar. A pilha Zamboni de 1812 é uma bateria seca de alta tensão, mas capaz de fornecer apenas correntes mínimas. Vários experimentos foram feitos com celulose, serragem , fibra de vidro , fibras de amianto e gelatina.
Em 1886, Carl Gassner obteve uma patente alemã sobre uma variante da célula de Leclanché, que passou a ser conhecida como célula seca porque não possui um eletrólito líquido livre. Em vez disso, o cloreto de amônio é misturado com gesso para criar uma pasta, com uma pequena quantidade de cloreto de zinco adicionada para estender a vida útil. O cátodo de dióxido de manganês é mergulhado nessa pasta e ambos são selados em uma capa de zinco, que também atua como ânodo. Em novembro de 1887, ele obteve a patente americana 373.064 para o mesmo dispositivo.
Ao contrário das pilhas úmidas anteriores, a pilha seca de Gassner é mais sólida, não requer manutenção, não derrama e pode ser usada em qualquer orientação. Ela fornece um potencial de 1,5 volts. O primeiro modelo produzido em massa foi a pilha seca Columbia, comercializada pela primeira vez pela National Carbon Company em 1896. O NCC aprimorou o modelo de Gassner substituindo o gesso de Paris por papelão enrolado , uma inovação que deixou mais espaço para o cátodo e tornou a bateria mais fácil de montar. Foi a primeira bateria conveniente para as massas e tornou os dispositivos elétricos portáteis práticos, e levou diretamente à invenção da lanterna .
A bateria de zinco-carbono (como ficou conhecida) ainda é fabricada hoje.
Paralelamente, em 1887, Wilhelm Hellesen desenvolveu seu próprio projeto de célula seca. Afirma-se que o projeto de Hellesen precedeu o de Gassner.
Em 1887, uma bateria seca foi desenvolvida por Sakizō Yai (屋井 先蔵) do Japão, então patenteada em 1892. Em 1893, a bateria seca de Sakizō Yai foi exibida na Exposição Colombiana Mundial e atraiu considerável atenção internacional.
NiCd, a primeira bateria alcalina: Em 1899, um cientista sueco chamado Waldemar Jungner inventou a bateria de níquel-cádmio, uma bateria recarregável que possui eletrodos de níquel e cádmio em uma solução de hidróxido de potássio ; a primeira bateria a utilizar um eletrólito alcalino . Foi comercializada na Suécia em 1910 e chegou aos Estados Unidos em 1946. Os primeiros modelos eram robustos e tinham densidade de energia significativamente melhor do que as baterias de chumbo-ácido, mas eram muito mais caros.
Século XX:
- Tamanho D 1898
- Tamanho AA 1907
- Tamanho AAA 1911
- Tamanho 9V 1956
Waldemar Jungner patenteou uma bateria de níquel-ferro em 1899, no mesmo ano de sua patente de bateria de Ni-Cad, mas descobriu que ela era inferior à sua contraparte de cádmio e, como consequência, nunca se preocupou em desenvolvê-la. Ela produzia muito mais gás hidrogênio ao ser carregada, o que significa que não podia ser selada, e o processo de carregamento era menos eficiente (era, no entanto, mais barato).
Vendo uma maneira de lucrar no já competitivo mercado de baterias de chumbo-ácido, Thomas Edison trabalhou na década de 1890 no desenvolvimento de uma bateria alcalina para a qual poderia obter uma patente. Edison pensou que, se produzisse uma bateria leve e durável, os carros elétricos se tornariam o padrão, com sua empresa como principal fornecedora de baterias. Após muitos experimentos, e provavelmente tomando emprestado o design de Jungner, ele patenteou uma bateria alcalina de níquel-ferro em 1901. No entanto, os clientes descobriram que seu primeiro modelo de bateria alcalina de níquel-ferro era propenso a vazamentos, levando a uma curta vida útil da bateria, e também não superou a célula de chumbo-ácido por muito. Embora Edison tenha conseguido produzir um modelo mais confiável e potente sete anos depois, nessa época o barato e confiável Modelo T da Ford havia tornado os carros com motor a gasolina o padrão. No entanto, a bateria de Edison obteve grande sucesso em outras aplicações, como veículos ferroviários elétricos e diesel-elétricos, fornecendo energia de reserva para sinais de cruzamento ferroviário ou para fornecer energia para as lâmpadas usadas em minas.
Pilhas alcalinas comuns: Até o final da década de 1950, a bateria de zinco-carbono continuou a ser uma bateria de célula primária popular, mas sua vida útil relativamente baixa prejudicou as vendas. O engenheiro canadense Lewis Urry, trabalhando para a Union Carbide, primeiro na National Carbon Co. em Ontário e, em 1955, no National Carbon Company Parma Research Laboratory em Cleveland , Ohio , foi encarregado de encontrar uma maneira de estender a vida útil das baterias de zinco-carbono. Com base no trabalho anterior de Edison, Urry decidiu que as baterias alcalinas eram mais promissoras. Até então, baterias alcalinas de maior duração eram inviavelmente caras. A bateria de Urry consiste em um cátodo de dióxido de manganês e um ânodo de zinco em pó com um eletrólito alcalino. O uso de zinco em pó dá ao ânodo uma área de superfície maior. Essas baterias foram colocadas no mercado em 1959.
Níquel-hidrogênio e níquel-hidreto metálico: A bateria de níquel-hidrogênio entrou no mercado como um subsistema de armazenamento de energia para satélites de comunicação comerciais.
As primeiras baterias de níquel-hidreto metálico (NiMH) de consumo para aplicações menores apareceram no mercado em 1989 como uma variação da bateria de níquel-hidrogênio da década de 1970. As baterias NiMH tendem a ter uma vida útil mais longa do que as baterias NiCd (e sua vida útil continua a aumentar à medida que os fabricantes experimentam novas ligas) e, como o cádmio é tóxico, as baterias NiMH são menos prejudiciais ao meio ambiente.
O lítio é o metal alcalino com menor densidade e com o maior potencial eletroquímico e relação energia-peso . O baixo peso atômico e o pequeno tamanho de seus íons também aceleram sua difusão, provavelmente tornando-o um material ideal para baterias. A experimentação com baterias de lítio começou em 1912 com o físico-químico americano Gilbert N. Lewis , mas as baterias de lítio comerciais não chegaram ao mercado até a década de 1970 na forma da bateria de íons de lítio. Células primárias de lítio de três volts, como o tipo CR123A e células-botão de três volts, ainda são amplamente utilizadas, especialmente em câmeras e dispositivos muito pequenos.
Três desenvolvimentos importantes em relação às baterias de lítio ocorreram na década de 1980. Em 1980, um químico americano, John B. Goodenough , descobriu o cátodo LiCoO 2 ( óxido de lítio-cobalto ) (terminal positivo) e um cientista pesquisador marroquino, Rachid Yazami , descobriu o ânodo de grafite (terminal negativo) com o eletrólito sólido. Em 1981, os químicos japoneses Tokio Yamabe e Shizukuni Yata descobriram um novo nano-carbonacious-PAS (poliaceno) e descobriram que era muito eficaz para o ânodo no eletrólito líquido convencional. Isso levou uma equipe de pesquisa gerenciada por Akira Yoshino da Asahi Chemical , Japão, a construir o primeiro protótipo de bateria de íons de lítio em 1985, uma versão recarregável e mais estável da bateria de lítio; A Sony comercializou a bateria de íons de lítio em 1991. Em 2019, John Goodenough, Stanley Whittingham e Akira Yoshino receberam o Prêmio Nobel de Química pelo desenvolvimento de baterias de íons de lítio.
Em 1997, a bateria de polímero de lítio foi lançada pela Sony e Asahi Kasei. Essas baterias mantêm seu eletrólito em um composto de polímero sólido em vez de um solvente líquido, e os eletrodos e separadores são laminados uns aos outros. A última diferença permite que a bateria seja encapsulada em um invólucro flexível em vez de um invólucro de metal rígido, o que significa que tais baterias podem ser moldadas especificamente para se adaptarem a um dispositivo específico. Essa vantagem favoreceu as baterias de polímero de lítio no design de dispositivos eletrônicos portáteis, como telefones celulares e assistentes digitais pessoais , e de aeronaves controladas por rádio , pois tais baterias permitem um design mais flexível e compacto. Elas geralmente têm uma densidade de energia menor do que as baterias de íons de lítio normais.
Os altos custos e as preocupações com a extração de minerais associados à química do lítio renovaram o interesse no desenvolvimento de baterias de íons de sódio, com os primeiros lançamentos de produtos para veículos elétricos em 2023.
Baterias de estado sólido: Em 2024, as baterias de estado sólido representam um salto tecnológico significativo, oferecendo inúmeras vantagens em relação às baterias tradicionais de íons de lítio. Ao contrário das baterias de íons de lítio, que utilizam eletrólitos líquidos ou em gel, as baterias de estado sólido utilizam eletrólitos sólidos. Essa diferença fundamental aumenta a segurança, pois os eletrólitos sólidos têm menor probabilidade de pegar fogo ou vazar. As baterias de estado sólido também podem atingir densidades de energia mais altas, durando, portanto, mais do que as baterias tradicionais à base de lítio.
A indústria automotiva está bastante interessada nessa nova tecnologia, pois ela promete veículos mais seguros e eficientes. Empresas como Toyota, Ford e QuantumScape estão investindo pesado no desenvolvimento de baterias de estado sólido.
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Post nº 349 ✓
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