Baterias de Íons de Lítio

Baterias de Íons de Lítio

Com a necessidade de redução dos altos índices de emissão de gás carbônico (CO2-), gás do efeito estufa, para a atmosfera, a indústria automobilística se viu diante de um verdadeiro impasse. Então, a busca por soluções e produtos que pudessem colaborar com a diminuição do efeito estufa, principalmente em grandes centros urbanos, e que fossem ambientalmente adequados, se tornou um consenso em todo o mudo. Então, já se sabia que a utilização dos veículos elétricos e híbridos seria uma das principais soluções.

Contudo, o desenvolvimento e a disseminação dos carros elétricos e híbridos ainda esbarravam em um limitador tecnológico, que era o sistema de armazenamento de energia, ou seja, a bateria.

Existem vários consórcios de pesquisa nos EUA, Europa e Ásia que trabalham em pesquisa e desenvolvimento com a finalidade de obter um sistema de armazenamento de energia que viabilize essas soluções, tanto técnica  como economicamente. Os acumuladores à base de lítio têm recebido muita atenção e investimentos por conta de suas elevadas densidades de potência e de energia – características fundamentais para a viabilização das tecnologias dos veículos elétricos (VE) e híbridos (VEH). Outra característica importante da bateria de lítio íon é sua reduzida agressividade ao meio ambiente, quando comparada às tradicionais baterias chumbo-ácidas.

Diante da grande expectativa que passaram a representar para o ramo automobilístico e com o cumprimento às suas principais funções, como redução do efeito estufa, alta densidade de energia por menor quantidade/volume de material ativo, o que implica em menos peso, as baterias de lítio chamaram a atenção de outros mercados.

O desenvolvimento da tecnologia das baterias de lítio para veículos elétricos e híbridos abriu caminhos para seu aproveitamento em aplicações industriais e a disseminação do produto para outros mercados, marcando o início de uma nova era tecnológica no que diz respeito a baterias.

É sabido que as baterias chumbo-ácidas ainda são as que têm maior representatividade técnica e econômica, e que atuam com grande excelência no mercado de energia, pois movimentam maior volume de negócios mundialmente.

Contudo, não dá para ignorar o fato de que as baterias avançadas de lítio são a grande evolução tecnológica do momento, mesmo que ainda tenhamos que aprender muito a seu respeito e que estas ainda necessitem ser viáveis economicamente para que sejam comercializadas em grandes escalas, assim como aconteceu com as baterias chumbo-ácidas ao longo de centenas de anos desde sua invenção.

As baterias de lítio ainda apresentam um grande desafio que está relacionado às questões de segurança e à operação estável das células quando estas são interligadas em série ou paralelo. O eletrólito da bateria de lítio é um material orgânico, que é reativo e opera numa faixa bem definida de tensão. Caso estes limites de tensão sejam ultrapassados, podem ocorrer reações exotérmicas, culminando com a explosão e queima da bateria.

Então uma maneira de viabilizar a utilização da bateria de lítio íon foi introduzir na célula um circuito eletrônico, sistema de controle e monitoração da bateria (Battery Management System– BMS), que controla a operação, impedindo condições de risco (sobrecarga, subcarga, temperatura elevada, curto-circuito externo, etc.). Caso um dos limites seja ultrapassado, o BMS desabilita a bateria, prevenindo a ocorrência desses fatores  indesejáveis.

Dessa forma, para um desempenho adequado das baterias, além do circuito eletrônico em cada célula, deve haver também um sistema eletrônico. O sistema deve ser ativo, de maneira a realizar o balanceamento de carga de cada célula, na recarga e na descarga.

Tecnologias de Baterias de Lítio: LiFePO4

Os óxidos de lítio com estrutura morfológica da família das olivinas, em particular o óxido de ferrofosfato de lítio, são um dos novos materiais empregados como material do eletrodo positivo. Esse material tem despertado o interesse em virtude de suas excelentes características eletroquímicas.

O ferro é um dos materiais mais utilizados nos eletrodos positivos das baterias de lítio. Tem uma  capacidade teórica de 170Ah/kg e tensão de 3,2V, apresenta excelente estabilidade frente ao eletrólito, com baixa evolução de O2, atingindo mais de 3000 ciclos de carga e descarga com 80% de D.O.D. Seu perfil de tensão de descarga é muito plano, mantendo-se praticamente constante durante toda a descarga, além de ser encontrado em abundância na crosta terrestre, tem baixo custo (U$0,23/Kg) e menor impacto ambiental em relação a outros materiais.

Aplicações:

As baterias de Íons de Lítio LiFePO4 podem ser utilizadas em aplicações diversas como segue abaixo:

  • Telecomunicações;
  • Sistemas UPS (nobreaks);
  • Sistemas de Geração Transmissão e Distribuição de Energia (GTDE);
  • Sistemas fotovoltaicos;
  • Veículos elétricos.

Principais Vantagens:

  • Tensão elevada (na ordem de 3,2 a 3,8V);
  • Alta densidade energética (entre 100 Wh/kg a 240 Wh/kg) de potência.
  • Recarga rápida (1 a 3 horas);
  • Baixa taxa de autodescarga;
  • Menor peso e volume;
  • Vida útil projetada maior que 10 anos;
  • Alta ciclabilidade (elevado número de ciclos de recarga e descarga);
  • Baixo impacto ambiental, pois não possuem materiais tóxicos, como chumbo, cádmio e mercúrio.

Custo das baterias de Lítio:

Como observamos, as baterias de lítio-íon apresentam vantagens técnicas, tais como vida cíclica, eficiência, densidade de energia, etc. Em relação à bateria chumbo-ácida, no entanto, como esta tecnologia ainda não apresenta grande escala de produção, seus custos ainda são elevados. Existe uma tendência de diminuição de custos à medida que aumenta a escala de produção.

Atualmente existem vários tipos de tecnologias disponíveis no mercado e para a seleção de uma tecnologia deve ser avaliado o local de instalação, suas condições ambientais e operacionais. Ressalta-se que para qualquer tipo de tecnologia a sua vida útil e desempenho está intrinsecamente aliado à qualidade dos seus materiais e da sua produção. Outro fator importante é a eletrônica embarcada nestas baterias, assim, recomenda-se que o fabricante das mesmas esteja totalmente inteirado dos riscos que uma falha no BMS pode ocasionar.

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