Um elemento chave da mobilidade dos dispositivos eletrônicos é a bateria recarregável (ACB). As crescentes demandas para garantir sua maior autonomia estimulam a pesquisa contínua nesta área e levam ao surgimento de novas soluções tecnológicas.
As baterias amplamente utilizadas de níquel-cádmio (Ni-Cd) e níquel-hidreto metálico (Ni-MH) têm uma alternativa - primeiras baterias de lítio e depois baterias de íon de lítio mais avançadas (Li-ion).
Contente
História da aparência
As primeiras baterias desse tipo apareceram nos anos 70. século passado. Eles imediatamente ganharam demanda devido às características mais avançadas. O ânodo dos elementos era feito de lítio metálico, cujas propriedades permitiam aumentar a energia específica. Foi assim que as baterias de lítio nasceram.
As novas baterias tinham uma desvantagem significativa - um risco aumentado de explosão e ignição.A razão estava na formação de um filme de lítio na superfície do eletrodo, o que levou a uma violação da estabilidade da temperatura. No momento de carga máxima, a bateria pode explodir.
O refinamento da tecnologia levou ao abandono do lítio puro nos componentes da bateria em favor do uso de seus íons carregados positivamente. A bateria de íons de lítio provou ser uma boa solução.
Este tipo de bateria de iões é caracterizado por uma maior segurança, que é obtida à custa de uma ligeira diminuição da densidade de energia, mas o constante progresso tecnológico permitiu reduzir ao mínimo a perda neste indicador.
Dispositivo
A introdução de baterias de íons de lítio na indústria de eletrônicos de consumo teve um grande avanço após o desenvolvimento de uma bateria com um cátodo de material de carbono (grafite) e um ânodo de óxido de cobalto.
No processo de descarga da bateria, os íons de lítio são removidos do material catódico e são incluídos no óxido de cobalto do eletrodo oposto; ao carregar, o processo prossegue na direção oposta. Assim, os íons de lítio criam uma corrente elétrica, movendo-se de um eletrodo para outro.
As baterias Li-Ion são produzidas em versões cilíndricas e prismáticas. Em uma estrutura cilíndrica, duas fitas de eletrodos planos, separadas por um material impregnado de eletrólitos, são enroladas e colocadas em uma caixa metálica selada. O material do cátodo é depositado em folha de alumínio e o material do ânodo é depositado em folha de cobre.
Um projeto de bateria prismática é obtido empilhando placas retangulares umas sobre as outras. Esse formato da bateria permite tornar o layout do dispositivo eletrônico mais denso. Também são produzidas baterias prismáticas com eletrodos enrolados em espiral.
Operação e vida útil
A operação longa, completa e segura das baterias de íons de lítio é possível se as regras de operação forem observadas, negligenciá-las não apenas reduzirá a vida útil do produto, mas também poderá levar a consequências negativas.
Exploração
O principal requisito para a operação das baterias Li-Ion diz respeito à temperatura - superaquecimento não deve ser permitido. Altas temperaturas podem causar danos máximos, e a causa do superaquecimento pode ser tanto uma fonte externa quanto modos estressantes de carregar e descarregar a bateria.
Por exemplo, aquecer até 45°C leva a uma diminuição na capacidade de reter a carga da bateria em 2 vezes. Essa temperatura é facilmente alcançada quando o dispositivo é exposto ao sol por um longo período ou ao executar aplicações de uso intensivo de energia.
Se o produto superaquecer, é recomendável colocá-lo em um local fresco, é melhor desligá-lo e remover a bateria.
Para obter o melhor desempenho da bateria no calor do verão, você deve usar o modo de economia de energia, disponível na maioria dos dispositivos móveis.
As baixas temperaturas também têm um efeito negativo nas baterias de íons; em temperaturas abaixo de -4°C, a bateria não pode mais fornecer energia total.
Mas o frio não é tão prejudicial às baterias Li-Ion quanto as altas temperaturas e, na maioria das vezes, não causa danos permanentes. Apesar do fato de que, após o aquecimento à temperatura ambiente, as propriedades de trabalho da bateria são completamente restauradas, você não deve esquecer a diminuição da capacidade no frio.
Outra recomendação para o uso de baterias Li-Ion é evitar que sejam descarregadas profundamente. Muitas baterias de geração mais antiga tinham um efeito de memória que exigia que fossem descarregadas a zero e depois totalmente carregadas.As baterias Li-Ion não têm esse efeito, e casos isolados de descarga completa não levam a consequências negativas, mas a descarga profunda constante é prejudicial. Recomenda-se conectar o carregador quando o nível de carga for de 30%.
Vida
A operação inadequada das baterias Li-Ion pode reduzir sua vida útil em 10 a 12 vezes. Este período depende diretamente do número de ciclos de carregamento. Acredita-se que as baterias do tipo Li-Ion possam suportar de 500 a 1000 ciclos, levando em consideração a descarga total. Uma porcentagem maior de carga restante antes da próxima carga aumenta significativamente a vida útil da bateria.
Como a duração da vida útil da bateria Li-Ion é amplamente determinada pelas condições de operação, é impossível fornecer uma vida útil exata para essas baterias. Em média, uma bateria deste tipo pode durar de 7 a 10 anos se os regulamentos exigidos forem seguidos.
Processo de carregamento
Ao carregar, evite uma conexão excessivamente longa da bateria ao carregador. A operação normal de uma bateria de íons de lítio ocorre com uma tensão não superior a 3,6 V. Os carregadores fornecem 4,2 V à entrada da bateria durante o carregamento. Se o tempo de carga for excedido, reações eletroquímicas indesejadas podem começar na bateria, o que levará ao superaquecimento com todas as consequências decorrentes.
Os desenvolvedores levaram em consideração esse recurso - a segurança da carga das modernas baterias de íon de lítio é controlada por um dispositivo embutido especial que interrompe o processo de carregamento quando a tensão aumenta acima do nível permitido.
Para baterias de lítio, o método de carregamento de dois estágios está correto.Na primeira etapa, a bateria deve ser carregada, fornecendo uma corrente de carga constante, a segunda etapa deve ser realizada com uma tensão constante e uma diminuição gradual da corrente de carga. Tal algoritmo é implementado em hardware na maioria dos carregadores domésticos.
Armazenamento e descarte
Uma bateria de íon de lítio pode ser armazenada por um longo tempo, a autodescarga é de 10 a 20% ao ano. Mas, ao mesmo tempo, ocorre uma diminuição gradual das características do produto (degradação).
Recomenda-se armazenar essas baterias em um local protegido da umidade, a uma temperatura de +5 ... + 25 ° C. Vibrações fortes, impactos e proximidade de uma chama aberta são inaceitáveis.
O processo de reciclagem das células de íon-lítio deve ser realizado em empresas especializadas que possuam a devida licença. Cerca de 80% dos materiais das baterias recicladas podem ser reutilizados na fabricação de novas baterias.
Segurança
Uma bateria de íon de lítio, mesmo em tamanho miniatura, está repleta de risco de combustão espontânea explosiva. Esta característica deste tipo de bateria exige o cumprimento de medidas de segurança em todas as etapas, desde o desenvolvimento até a produção e armazenamento.
Para melhorar a segurança das baterias Li-Ion durante a fabricação, uma pequena placa eletrônica é colocada em seu estojo - um sistema de monitoramento e controle projetado para eliminar sobrecargas e superaquecimento. Um mecanismo eletrônico aumenta a resistência do circuito quando a temperatura sobe acima de um limite predeterminado. Alguns modelos de bateria possuem um interruptor mecânico integrado que interrompe o circuito quando a pressão dentro da bateria aumenta.
Além disso, uma válvula de segurança é frequentemente instalada em caixas de bateria para aliviar a pressão em caso de emergência.
Prós e contras das baterias de lítio
As vantagens deste tipo de bateria são:
- alta densidade de energia;
- nenhum efeito de memória;
- longa vida útil;
- baixa taxa de auto-descarga;
- sem necessidade de manutenção;
- garantindo parâmetros operacionais constantes em uma faixa de temperatura relativamente ampla.
Tem uma bateria de lítio e desvantagens, são elas:
- risco de combustão espontânea;
- custo mais alto do que seus antecessores;
- a necessidade de um controlador embutido;
- indesejabilidade de descarga profunda.
As tecnologias para a produção de baterias Li-Ion estão sendo constantemente aprimoradas, muitas deficiências estão gradualmente se tornando uma coisa do passado.
Area de aplicação
A alta densidade de energia das baterias de íons de lítio determina sua principal área de aplicação - dispositivos eletrônicos móveis: laptops, tablets, smartphones, câmeras de vídeo, câmeras, sistemas de navegação, vários sensores embutidos e vários outros produtos.
A existência de um formato cilíndrico dessas baterias permite que sejam utilizadas em lanternas, telefones fixos e outros aparelhos que antes consumiam energia de baterias descartáveis.
O princípio de íon de lítio da construção de uma bateria tem várias variedades, os tipos diferem no tipo de material usado (lítio-cobalto, lítio-manganês, lítio-níquel-manganês-óxido de cobalto, etc.). Cada um deles tem seu próprio escopo.
Além da eletrônica móvel, um grupo de baterias de íons de lítio é usado nas seguintes áreas:
- ferramentas eléctricas portáteis;
- equipamento médico portátil;
- fontes de alimentação ininterrupta;
- Sistemas de segurança;
- módulos de iluminação de emergência;
- estações de energia solar;
- veículos elétricos e bicicletas elétricas.
Considerando o constante aprimoramento da tecnologia de íons de lítio e o sucesso na criação de baterias de alta capacidade com tamanhos pequenos, é possível prever a expansão de aplicações para tais baterias.
Marcação
Os parâmetros das baterias de íons de lítio estão impressos no corpo do produto, enquanto a codificação usada pode diferir significativamente para diferentes tamanhos. Um único padrão de rotulagem de bateria para todos os fabricantes ainda não foi desenvolvido, mas ainda é possível descobrir os parâmetros mais importantes por conta própria.
As letras na linha de marcação indicam o tipo de célula e os materiais utilizados: a primeira letra I significa tecnologia de íons de lítio, a letra seguinte (C, M, F ou N) especifica a composição química, a terceira letra R significa que o célula é recarregável (recarregável).
Os números no nome do tamanho indicam o tamanho da bateria em milímetros: os dois primeiros números são o diâmetro e os outros dois são o comprimento. Por exemplo, 18650 indica um diâmetro de 18 mm e um comprimento de 65 mm, 0 indica um formato cilíndrico.
As últimas letras e números da série são as marcações do recipiente específicas de cada fabricante. Também não existem padrões uniformes para indicar a data de fabricação.
