O que são baterias de íons de lítio

Baterias de íons de lítio são um tipo popular de química de bateria. Uma grande vantagem dessas baterias é que são recarregáveis. Devido a essa característica, elas são encontradas na maioria dos dispositivos de consumo atuais que utilizam bateria. Elas podem ser encontradas em celulares, veículos elétricos e carrinhos de golfe movidos a bateria.

Como funcionam as baterias de íons de lítio?

As baterias de íons de lítio são compostas por uma ou mais células de íons de lítio. Elas também contêm uma placa de circuito de proteção para evitar sobrecarga. As células são chamadas de baterias quando instaladas em um invólucro com uma placa de circuito de proteção.

Baterias de íons 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 estas últimas são recarregáveis. Outra grande diferença é a vida útil. Uma bateria de lítio pode durar até 12 anos sem uso, enquanto as baterias de íons de lítio têm uma vida útil de até 3 anos.

Quais são os principais componentes das baterias de íons de lítio?

As células de íons de lítio têm quatro componentes principais. São eles:

Ânodo

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

Cátodo

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

Eletrólito

O eletrólito é um material que serve como condutor 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 íons 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 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 positivo. Esses elétrons fluem através do dispositivo, um telefone ou carrinho de golfe, para o coletor negativo e de volta para o cátodo. O livre fluxo de elétrons dentro da bateria é impedido pelo separador, forçando-os em direção aos contatos.

Ao carregar uma bateria de íons de lítio, o cátodo libera íons de lítio, que 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 as baterias de íons de lítio foram inventadas?

As baterias de íons de lítio foram concebidas pela primeira vez na década de 70 pelo químico inglês Stanley Whittingham. Durante seus experimentos, os cientistas investigaram diversas químicas para criar uma bateria que pudesse se recarregar. Seu primeiro teste envolveu dissulfeto de titânio e lítio como eletrodos. No entanto, as baterias entravam em curto-circuito e explodiam.

Na década de 80, outro cientista, John B. Goodenough, aceitou o desafio. Logo depois, Akira Yoshino, um químico japonês, iniciou pesquisas sobre a tecnologia. Yoshino e Goodenough provaram que o lítio metálico era a principal causa de 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. O fraco histórico de segurança das baterias de lítio impulsionou o desenvolvimento das baterias de íons de lítio.

Embora as baterias de lítio possam conter uma densidade energética maior, elas são inseguras 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 composições químicas para baterias de íons de lítio. As disponíveis comercialmente são:

Titanato de lítio
Óxido de alumínio, cobalto e níquel-lítio
Óxido de lítio, níquel, manganês e cobalto
Óxido de lítio e manganês (LMO)
Óxido de cobalto e lítio
Fosfato de Ferro e Lítio (LiFePO4)

Existem diversos tipos de composições químicas para baterias de íons de lítio. Cada uma tem suas vantagens e desvantagens. No entanto, algumas são adequadas apenas para casos de uso específicos. Portanto, o tipo escolhido dependerá de suas necessidades de energia, orçamento, tolerância à segurança e caso de uso específico.

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

Além disso, oferecem excelente estabilidade térmica e podem lidar com segurança com picos de demanda de curto prazo. As baterias LiFePO4 são classificadas para um limite de fuga térmica de até 280°C, o mais alto entre todos os tipos de baterias de íons de lítio disponíveis 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 apresentam uma enorme vantagem. Carregam e descarregam com eficiência, duram mais e podem ser submetidas a ciclos profundos.clesem perda de capacidade. Essas vantagens significam que as baterias oferecem uma enorme economia de custos ao longo de sua vida útil em comparação com outros tipos de bateria. Abaixo, apresentamos as vantagens específicas dessas baterias em veículos de baixa velocidade e equipamentos industriais.

Bateria LiFePO4 em veículos de baixa velocidade

Veículos elétricos de baixa velocidade (VEBs) são veículos de quatro rodas que pesam menos de 1360 kg. São movidos por baterias elétricas, o que os torna uma opção 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 durabilidade. Por exemplo, carrinhos de golfe movidos a bateria devem ter energia suficiente para percorrer 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 da sua atividade de lazer.

A bateria também deve ser capaz de operar em condições climáticas variadas. Por exemplo, ela deve permitir que você jogue golfe tanto no calor do verão quanto no outono, quando as temperaturas caem.

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, porém importantes, é a ROYPOW. Sua linha de baterias de lítio LiFePO4 é classificada para temperaturas de 4°F a 59°C. As baterias vêm com um sistema de gerenciamento de bateria integrado e são extremamente fáceis de instalar.

Aplicações industriais para baterias de íons de lítio

Baterias de íons de lítio são uma opção popular em aplicações industriais. O produto químico mais utilizado são as baterias de LiFePO4. Alguns dos equipamentos mais comuns que utilizam essas baterias são:

Empilhadeiras de corredor estreito
Empilhadeiras contrabalançadas
Empilhadeiras de 3 rodas
Empilhadeiras walkie
Cavaleiros de ponta e centro

Há muitos motivos pelos quais as baterias de íons de lítio estão se tornando cada vez mais populares em ambientes industriais. Os principais são:

Alta capacidade e longevidade

As baterias de íons de lítio têm maior densidade energética e maior durabilidade em comparação às baterias de chumbo-ácido. Elas podem pesar um terço do peso e fornecer a mesma potência.

Seu ciclo de vida é outra grande vantagem. Para uma operação industrial, o objetivo é manter os custos recorrentes de curto prazo ao mínimo. Com baterias de íons de lítio, as baterias para empilhadeiras podem durar três vezes mais, resultando em enormes economias de custos a longo prazo.

Eles também podem operar com uma profundidade de descarga maior, de até 80%, sem qualquer impacto em sua capacidade. Isso traz outra vantagem em termos de economia de tempo. As operações não precisam parar no meio do caminho para trocar as baterias, o que pode resultar em milhares de horas-homem economizadas em 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 fica indisponível para uso. Consequentemente, um gerente deve contabilizar esse tempo de inatividade e adquirir baterias extras.

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

A linha de baterias industriais ROYPOW também não apresenta problemas de memória, graças a um sistema eficiente de gerenciamento de baterias. Baterias de chumbo-ácido frequentemente sofrem com esse problema, o que pode levar à falha em atingir a capacidade máxima.

Com o tempo, causa sulfatação, o que pode reduzir sua já curta vida útil pela metade. O problema geralmente ocorre quando baterias de chumbo-ácido são armazenadas sem carga completa. 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, elas têm grande estabilidade térmica. Essas baterias podem operar em temperaturas de até 54°C sem sofrer danos. Baterias de chumbo-ácido perderiam até 80% de sua vida útil em uma temperatura semelhante.

Outro problema é o peso das baterias. Para uma capacidade de bateria semelhante, as baterias de chumbo-ácido pesam significativamente mais. Por isso, muitas vezes, exigem equipamentos específicos e um tempo de instalação mais longo, o que pode resultar em menos horas de trabalho.

Outra questão é a segurança dos trabalhadores. Em geral, as baterias de LiFePO4 são mais seguras do que as 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 vapores perigosos. Isso gera custos 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. Elas duram mais, o que, consequentemente, economiza dinheiro para os usuários. Essas baterias também não exigem manutenção, o que é especialmente importante em ambientes industriais onde a economia de custos é primordial.