As baterias são a fonte de energia mais comum para dispositivos portáteis básicos para aplicações industriais de grande escala. Uma bateria pode ser definida porque é uma combinação de uma ou mais células eletroquímicas que são capazes de converter a energia química armazenada em energia elétrica.
Funcionamento da bateria:
Uma bateria é um dispositivo que consiste em várias células voltaicas. Cada célula voltaica consiste em duas meias células conectadas em série por um eletrólito condutor contendo ânions e cat íons. Uma meia-célula inclui eletrólito e o eletrodo para o qual os ânions se movem, isto é, o ânodo ou eletrodo negativo, a outra meia-célula inclui eletrólito e o eletrodo para o qual os íons cat se movem, ou seja, o cátodo ou eletrodo positivo.
Na reação redox que alimenta a bateria, a redução ocorre para cátions no cátodo, enquanto a oxidação ocorre para ânions no ânodo. Os eletrodos não se tocam, mas são eletricamente conectados pelo eletrólito. Na maioria das vezes, as meias-células têm eletrólitos diferentes. Todas as coisas consideradas, cada meia-célula é encerrada em um recipiente e um separador que é poroso aos íons, mas não a maior parte dos eletrólitos evita a mistura.
Trabalho de bateria
Cada meia célula possui uma força eletromotriz (Emf), determinada por sua capacidade de conduzir a corrente elétrica do interior para o exterior da célula. A fem líquida da célula é a diferença entre a fem de suas meias-células. Desta forma, se os eletrodos possuem fem e, em outras palavras, a fem líquida é a diferença entre os potenciais de redução das semi-reações.
Como fazer a manutenção da bateria?
Para manter a bateria em boas condições, é necessária a equalização da bateria. Devido ao envelhecimento, todas as células não carregam da mesma forma e algumas células aceitam carga extremamente rápido, enquanto outras carregam gradualmente. A equalização pode ser feita cobrando ligeiramente a bateria em excesso para permitir que as células mais fracas carreguem completamente. A tensão terminal de uma bateria completamente carregada é de 12 V, a bateria de automóvel mostra 13,8 V em seus terminais, enquanto uma bateria tubular de 12 volts mostra 14,8 V. A bateria do automóvel deve ser fixada firmemente no veículo para evitar tremores. A bateria do inversor deve ser colocada em uma prancha de madeira, se possível.
2 tipos de baterias
1) Baterias primárias:
Como o nome indica, essas baterias são destinadas para uso único. Depois de usadas, essas baterias não podem ser recarregadas, pois os dispositivos não são facilmente reversíveis e os materiais ativos podem não retornar às suas formas originais. Os fabricantes de baterias não recomendam a recarga de células primárias.
Alguns dos exemplos de pilhas descartáveis são pilhas AA, AAA normais que usamos em relógios de parede, controle remoto de televisão, etc. Outro nome para essas pilhas é pilhas descartáveis.
Tipos de bateria
2) Baterias secundárias:
As baterias secundárias também são chamadas de baterias recarregáveis. Essas baterias podem ser usadas e recarregadas simultaneamente. Eles geralmente são montados com materiais ativos com ativos no estado descarregado. As baterias recarregáveis são recarregadas pela aplicação de corrente elétrica, que reverte as reações químicas que ocorrem durante a descarga. Os carregadores são dispositivos que fornecem a corrente necessária.
Alguns exemplos para essas baterias recarregáveis são as baterias usadas em telefones celulares, MP3 players, etc. Dispositivos como aparelhos auditivos e relógios de pulso usam células em miniatura e em locais como centrais telefônicas ou centros de dados de computador, baterias maiores são usadas.
Baterias Secundárias
Tipos de baterias secundárias (recarregáveis):
SMF, ácido de chumbo, Li e Nicd
Bateria SMF:
SMF é um bateria selada sem manutenção, projetada para oferecer energia confiável, consistente e de baixa manutenção para aplicações no-break. Essas baterias podem estar sujeitas a aplicações de ciclo profundo e manutenção mínima em áreas rurais e com déficit de energia. Essas baterias estão disponíveis a partir de 12V.
No mundo informativo de hoje, não se pode ignorar a necessidade de sistemas de bateria são projetados para recuperar dados e informações qualificados cruciais e executar instrumentações básicas para durações desejadas. As baterias são necessárias para fornecer energia instantânea. Baterias não confiáveis e de qualidade inferior podem resultar na perda de dados e desligamento de equipamentos que podem custar às empresas perdas financeiras consideráveis. Posteriormente, os segmentos de UPS exigem a utilização de um sistema de bateria confiável e comprovado.
Bateria SMF
Bateria de lítio (Li):
Todos nós o usamos em dispositivos portáteis, como telefones celulares, laptops ou ferramentas elétricas. A bateria de lítio foi uma das maiores conquistas em energia portátil na última década. Com o uso de baterias de lítio, fomos capazes de mudar de celulares preto e branco para celulares coloridos com recursos adicionais como GPS, alertas de e-mail, etc. dispositivos de potencial de densidade de energia para capacidades mais altas. E baterias de descarga automática relativamente baixas. Além disso, células especiais podem fornecer corrente muito alta para aplicações como ferramentas elétricas.
Bateria Li
Bateria de níquel cádmio (Nicd):
As baterias de níquel-cádmio têm a vantagem de serem recarregadas muitas vezes e possuem um potencial relativamente constante durante a descarga e têm maior capacidade de resistência elétrica e física. Esta bateria usa óxido de níquel para cátodo, um composto de cádmio para ânodo e solução de hidróxido de potássio como seu eletrólito.
Quando a bateria é carregada, a composição química do cátodo é transformada e o hidróxido de níquel muda para NIOOH. No ânodo, a formação de íons de cádmio ocorre a partir do hidróxido de cádmio. Quando a bateria está descarregada, o cádmio reage com NiOOH para formar hidróxido de níquel e hidróxido de cádmio.
Cd + 2H2O + 2NiOOH -> 2Ni (OH) 2 + Cd (OH) 2
Bateria de chumbo ácido:
As baterias de chumbo-ácido são amplamente utilizadas em automóveis, inversores, sistemas de energia de reserva, etc. Ao contrário das baterias tubulares e sem manutenção, as baterias de chumbo-ácido requerem cuidados e manutenção adequados para prolongar sua vida. A bateria de ácido-chumbo consiste em uma série de placas mantidas imersas em solução de ácido sulfúrico. As placas possuem grades nas quais o material ativo é fixado. As placas são divididas em placas positivas e negativas. As placas positivas retêm o chumbo puro como material ativo, enquanto o óxido de chumbo é fixado nas placas negativas.
Bateria de chumbo ácido
Uma bateria completamente carregada pode descarregar sua corrente quando conectada a uma carga. Durante o processo de descarga, o ácido sulfúrico se combina com os materiais ativos nas placas positivas e negativas resultando na formação de sulfato de chumbo. A água é a etapa mais importante na manutenção de uma bateria de chumbo-ácido. A frequência da água depende do uso, método de carga e temperatura operacional. Durante o processo, os átomos de hidrogênio do ácido sulfúrico reagem com o oxigênio para formar água.
Isso resulta na liberação de elétrons das placas positivas que serão aceitos pelas placas negativas. Isso leva à formação de um potencial elétrico na bateria. O eletrólito na bateria de ácido de chumbo é uma mistura de ácido sulfúrico e água com densidade específica. A gravidade específica é o peso da mistura ácido-água em comparação com o volume igual de água. A gravidade específica da água livre de íons puros é 1.
As baterias de chumbo-ácido fornecem o melhor valor de potência e energia por quilowatt-hora têm o ciclo de vida mais longo e uma grande vantagem ambiental, pois são recicladas em uma taxa extraordinariamente alta. Nenhuma outra química pode tocar a infraestrutura que existe para coletar, transportar e reciclar baterias de chumbo-ácido.
Junto com este artigo, a bateria de íon de lítio é discutida com suas vantagens e desvantagens.
Funcionamento da bateria de lítio - íon
As baterias de íon-lítio agora são populares na maioria dos dispositivos eletrônicos portáteis, como telefones celulares, laptops, câmeras digitais, etc. devido à sua eficiência energética de longa duração. Estas são as baterias recarregáveis mais populares com vantagens como melhor densidade de energia, perda de carga insignificante e nenhum efeito de memória. A bateria de íons de lítio usa íons de lítio como portadores de carga que se movem do eletrodo negativo para o positivo durante a descarga e vice-versa. Durante o carregamento, a corrente externa do carregador aplica uma sobretensão do que a da bateria. Isso força a corrente a passar na direção reversa do eletrodo positivo para o negativo, onde os íons de lítio ficam embutidos no material poroso do eletrodo por meio de um processo denominado intercalação. Os Li-Íons passam pelo eletrólito não aquoso e um diafragma separador. O material do eletrodo é composto de lítio intercalado.
O eletrodo negativo da bateria de íons de lítio é feito de carbono e o eletrodo positivo é um óxido de metal. O material mais comumente usado no eletrodo negativo é grafite, enquanto que no eletrodo positivo pode ser óxido de cobalto de lítio, fosfato de íon de lítio ou óxido de manganês de lítio. O sal de lítio em um solvente orgânico é usado como eletrólito. O eletrólito é tipicamente uma mistura de carbonatos orgânicos como carbonato de etileno ou carbonato de dietil contendo íons de lítio. O eletrólito usa sais de ânions como hexafluorofosfato de lítio, hexafluoro arseniato de lítio monohidratado, lítio por clorato, hexafluoroborato de lítio etc. Dependendo do sal usado, a voltagem, capacidade e vida útil da bateria variam. O lítio puro reage vigorosamente com a água para formar hidróxido de lítio e íons de hidrogênio. Portanto, o eletrólito usado é um solvente orgânico não aquoso. O papel eletroquímico da carga dos eletrodos entre o ânodo e o cátodo depende da direção do fluxo da corrente.
Reação da bateria de íons de lítio
Na bateria de íons de lítio, ambos os eletrodos podem aceitar e liberar íons de lítio. Durante o processo de intercalação, os íons de lítio se movem para o eletrodo. Durante o processo reverso chamado de intercalação, os íons de lítio se movem para trás. Durante a descarga, os íons de lítio positivos serão extraídos dos eletrodos negativos e inseridos no eletrodo positivo. Durante o processo de carregamento, ocorre o movimento reverso dos íons de lítio.
Vantagens da bateria de íons de lítio:
As baterias de íon de lítio superam as baterias de NiCd e outras baterias secundárias. Algumas das vantagens são
- Peso leve em comparação com outras baterias de tamanho semelhante
- Disponível em diferentes formas, incluindo forma plana
- Alta tensão de circuito aberto que aumenta a transferência de energia em baixa corrente
- Falta de efeito de memória.
- Taxa de auto descarga muito baixa de 5-10% ao mês. A autodescarga é de cerca de 30% em baterias NiCd e NiMh.
- Bateria amiga do ambiente sem qualquer metal de lítio grátis
Mas junto com as vantagens, como outras baterias, a bateria de íons de lítio também sofre de algumas desvantagens.
Desvantagens da bateria Li-Ion:
- Os depósitos dentro do eletrólito ao longo do tempo inibirão o fluxo de carga. Isso aumenta a resistência interna da bateria e a capacidade da célula de fornecer corrente diminui gradualmente.
- Carga alta e alta temperatura podem levar à perda de capacidade
- Quando superaquecida, a bateria de íons de lítio pode sofrer fuga térmica e ruptura das células.
- A descarga profunda pode causar curto-circuito na bateria de íons de lítio. Portanto, para evitar isso, algumas marcas têm circuitos de desligamento interno que desligam a bateria quando sua tensão está acima do nível seguro de 3 a 4,2 volts. Nesse caso, quando a bateria não é usada por um longo tempo, o circuito interno consome energia e drena a bateria abaixo de sua tensão de desligamento. Portanto, para carregar essas baterias, carregadores normais não são úteis.
