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Célula de lítio-dióxido de manganês
| Topo pág | Fim pág |Das células não recarregáveis à base de lítio, esta é provavelmente a mais usada. Na maioria dos casos em forma de disco e construção básica dada pela Figura 01, já vista em tópicos anteriores.
O anodo é lítio, o catodo é dióxido de manganês e o eletrólito é uma solução salina, que pode variar de acordo com o fabricante.
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| Figura 01 |
Li → Li+ + e−A reação catódica é:
MnO2 + Li+ + e− → MnO2(Li)
A tensão, uma das mais altas produzidas por uma única célula, é de 3 volts e se mantém quase constante durante a vida útil. Sem uso, podem ser estocadas por até 10 anos. Não são prejudiciais ao ambiente.
São, em geral, adequadas para dispositivos que drenam pouca corrente como relógios de quartzo. Nessas aplicações, podem durar 5 anos ou mais.
Célula de zinco-ar
| Topo pág | Fim pág |Na célula de zinco-ar, o anodo é zinco e o catodo é um material condutor (carbono), que usa o oxigênio do ar como reagente.
A Figura 01 deste tópico dá uma idéia da construção em forma de disco. Os furos no terminal catódico permitem a entrada de ar através de um conjunto filtro/membrana permeável. A membrana tem a função de reter o eletrólito (hidróxido de potássio, KOH), evitando vazamentos.
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| Figura 01 |
Zn + 2OH− → Zn(OH)2 + 2e−Reação no catodo:
O2 + 2H2O + 4e− → 4OH−
O zinco do anodo é em geral na forma de pó misturado com um gel. A tensão da célula á aproximadamente 1,65 volts.
Por usar o oxigênio do ar como um dos reagentes, o volume do anodo pode ser grande em relação ao volume total da célula, resultado numa elevada taxa de energia armazenada por volume. Mas a resistência interna não é das menores e, por isso, não é adequada para aplicações de alta intensidade de corrente.
Podem ser estocadas por longo tempo, desde que seladas para evitar penetração de ar.
Célula de lítio-íon
| Topo pág | Fim pág |O anodo é normalmente carbono na forma de grafite. No catodo, são usados compostos como óxido de lítio e manganês (LiMn2O4), óxido de lítio e níquel (LiNiO2) ou óxido de lítio e cobalto (LiCoO2). Este último é mais comum.
O eletrólito é formado por um sal de lítio (como LiPF6) dissolvido em uma mistura de carbonatos orgânicos. Ou outras composições de acordo com o fabricante.
A construção é na forma de filmes enrolados em espiral, semelhante às células de NiCd e NiMH.
| Reação no anodo (descarga) | LinC → C + nLi+ + ne− |
| Reação no catodo (descarga) | Li1−nMO2 + Li+ + ne− → LiMO2 |
| Reação global (descarga) | LinC + Li1-nMO2 → LiMO2 + C |
Onde M é um dos metais do composto catódico conforme já mencionado. As reações se dão pela intercalação de íons de lítio, isto é, a inserção em outro material sem mudança significativa na sua estrutura e pelo processo inverso.
A tensão gerada é cerca de 3,7 volts, praticamente o triplo da de uma célula de NiCd ou NiMH. É certamente a bateria recarregável mais eficiente em termos de energia armazenada por massa ou por volume.
Principais parâmetros: tensão e capacidade
| Topo pág | Fim pág |Quando uma bateria deve ser selecionada para uma aplicação, em geral os primeiros aspectos a considerar são a tensão fornecida (que deve ser compatível com o circuito a alimentar) e a capacidade, isto é, o tempo máximo de operação até a troca (no caso de não recarregável) ou nova carga, no caso das recarregáveis. Em outras palavras, a autonomia do equipamento.
É evidente que outros fatores, como custo, volume, peso, corrente máxima, etc, devem ser considerados, mas neste tópico são comentados apenas esses dois.
Boa parte dos fabricantes indica a capacidade em ampères-hora (Ah), ou seja, o produto da corrente pelo tempo que a bateria pode fornecer essa corrente. Exemplo: uma bateria automotiva comum de 12 V 40 Ah pode fornecer, por exemplo, 10 A durante 4 horas, 5 A durante 8 horas, etc. Para pequenas baterias, é usado o submúltiplo miliampère-hora (mAh).
Naturalmente, há limite para o valor da corrente. Essa bateria de 40 Ah certamente não poderá fornecer 1000 A, por exemplo, mesmo num tempo (0,04 h) que resulte no produto 40.
Notar que a capacidade em ampères-hora não é a energia armazenada pela bateria. É sim a carga elétrica armazenada e pode ser indicada pela respectiva unidade do Sistema Internacional, Coulomb (C), valendo a relação 1 Ah = 3600 C.
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| Figura 01 |
V = W / qAssim, para determinar a energia que uma bateria pode armazenar, multiplica-se a tensão pela capacidade em ampères-hora.
Para a bateria anteriormente citada, a energia é
12 V 40 Ah = 480 VAh = 480 Wh = 0,48 kWh
Pode-se então afirmar que a energia armazenável em uma bateria é ser dada indiretamente pelos dois parâmetros citados (tensão e capacidade em Ah) ou diretamente pelo seu valor em watts-hora ou quilowatts-hora (ou outra unidade de energia).
Considerando que as baterias são em geral usadas em equipamentos móveis ou portáteis, é quase sempre desejável que elas possam ter o máximo de energia no menor volume ou peso. Para fins de comparação, é comum o uso dos parâmetros relativos:
• Energia por volume: usualmente indicada em watts-hora por litro (Wh/l).
• Energia por massa: comumente dada em watts-hora por quilograma (Wh/kg).
Algumas vezes, esses parâmetros são denominados densidade energética da bateria. Na maioria dos equipamentos, as características desejáveis têm relações diretas com custos. E baterias não são exceções. O gráfico da Figura 01 acima dá as faixas usuais de densidades energéticas para os tipos de baterias recarregáveis mais usadas na atualidade.
Tabela comparativa de células recarregáveis
| Topo pág | Fim pág |A tabela abaixo é um comparativo dos tipos mais usados de baterias recarregáveis. As informações são apenas aproximadas e podem variar de acordo com o fabricante.
| Dado | Chumbo-ácida | NiCd | NiMH | Li-Íon |
| Densidade energética | Baixa | Baixa | Média | Alta |
| Características de estocagem | Precisam ser carregadas | Boas | Boas | Boas |
| Perda de carga sem uso | 5% / mês | 20% / mês | 30% / mês | 10% / mês |
| Vida útil | Baixa | Longa | Longa | Média / Longa |
| Velocidade de carga | Lenta | Lenta ou rápida | Lenta ou rápida | Lenta |
| Restrições ambientais | Sim | Sim | Não | Não |
| Custo | Baixo | Médio | Médio / Alto | Alto |
| Tolerância de sobrecarga | Alta | Média | Baixa | Baixa |
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