A bateria é o componente eletrônico mais importante do seu hardware. Mas como garantir que você escolha a bateria de íon de lítio personalizada adequada para o seu hardware?
Este artigo inclui duas partes para demonstrar a questão. A Parte 1 discute as considerações importantes ao selecionar a bateria certa para uma aplicação de consumo. Isso inclui capacidade de recarga, densidade de energia, densidade de potência, prazo de validade, segurança, formato, custo e flexibilidade. A Parte 2 examinará como a química afeta métricas importantes da bateria e, portanto, a seleção da bateria para sua aplicação. Na parte 3, veremos os produtos químicos comuns das baterias secundárias.
ALGUMAS CONSIDERAÇÕES IMPORTANTES NA SELEÇÃO DA BATERIA SÃO:
1. Primária versus Secundária – Uma das primeiras escolhas na seleção da bateria é decidir se a aplicação requer baterias primárias (de uso único) ou secundárias (recarregáveis). Na maior parte, esta é uma decisão fácil para o designer. Aplicações com uso intermitente ocasional (como alarme de fumaça, brinquedo ou lanterna) e aplicações descartáveis nas quais o carregamento se torna impraticável garantem o uso de uma bateria primária. Aparelhos auditivos, relógios (sendo os smartwatches uma exceção), cartões comemorativos e marca-passos são bons exemplos. Se a bateria for usada continuamente e por longos períodos de tempo, como em um laptop, telefone celular ou smartwatch, uma bateria recarregável é mais adequada.
As baterias primárias têm uma taxa de autodescarga muito menor - um recurso atraente quando o carregamento não é possível ou prático antes do primeiro uso. As baterias secundárias tendem a perder energia a uma taxa mais elevada. Isto é menos importante na maioria das aplicações devido à capacidade de recarga.
2. Energia versus Potência - O tempo de execução de uma bateria é determinado pela capacidade da bateria expressa em mAh ou Ah e é a corrente de descarga que uma bateria pode fornecer ao longo do tempo.
Ao comparar baterias de produtos químicos diferentes, é útil observar o conteúdo energético. Para obter o conteúdo energético de uma bateria, multiplique a capacidade da bateria em Ah pela tensão para obter energia em Wh. Por exemplo, uma bateria de níquel-hidreto metálico com 1,2 V e uma bateria de íon-lítio com 3,2 V podem ter a mesma capacidade, mas a voltagem mais alta do íon-lítio aumentaria a energia.
A tensão de circuito aberto é comumente usada em cálculos de energia (ou seja, tensão da bateria quando não está conectada a uma carga). No entanto, tanto a capacidade como a energia dependem fortemente da taxa de drenagem. A capacidade teórica é ditada apenas pelos materiais dos eletrodos ativos (química) e pela massa ativa. No entanto, as baterias práticas atingem apenas uma fração dos números teóricos devido à presença de materiais inativos e limitações cinéticas, que impedem o uso total de materiais ativos e o acúmulo de produtos de descarga nos eletrodos.
Os fabricantes de baterias geralmente especificam a capacidade em uma determinada taxa de descarga, temperatura e tensão de corte. A capacidade especificada dependerá de todos os três fatores. Ao comparar as classificações de capacidade do fabricante, certifique-se de observar as taxas de drenagem em particular. Uma bateria que parece ter alta capacidade em uma folha de especificações pode, na verdade, ter um desempenho ruim se o consumo de corrente para a aplicação for maior. Por exemplo, uma bateria de 2 Ah para uma descarga de 20 horas não pode fornecer 2 A durante 1 hora, mas fornecerá apenas uma fração da capacidade.
Baterias com alta potência fornecem capacidade de descarga rápida com altas taxas de consumo, como em ferramentas elétricas ou em aplicações de bateria de partida de automóveis. Normalmente, baterias de alta potência têm baixas densidades de energia.
Uma boa analogia entre potência versus energia é pensar em um balde com bico. Um balde maior pode conter mais água e é semelhante a uma bateria com alta energia. O tamanho da abertura ou bico de onde a água sai do balde é semelhante à potência – quanto maior a potência, maior a taxa de drenagem. Para aumentar a energia, normalmente você aumentaria o tamanho da bateria (para uma determinada química), mas para aumentar a potência você diminuiria a resistência interna. A construção de células desempenha um papel importante na obtenção de baterias com alta densidade de potência.
Você deve ser capaz de comparar densidades de energia teóricas e práticas para diferentes produtos químicos em livros didáticos sobre baterias. No entanto, como a densidade de potência depende muito da construção da bateria, você raramente encontrará esses valores listados.
3. Tensão – A tensão operacional da bateria é outra consideração importante e é determinada pelos materiais dos eletrodos usados. Uma classificação útil de baterias aqui é considerar baterias aquosas ou à base de água versus produtos químicos à base de lítio. Chumbo ácido, zinco-carbono e hidreto metálico de níquel usam eletrólitos à base de água e têm tensões nominais que variam de 1,2 a 2 V. As baterias à base de lítio, por outro lado, usam eletrólitos orgânicos e têm tensões nominais de 3,2 a 4 V (tanto primárias quanto secundário).
Muitos componentes eletrônicos operam a uma tensão mínima de 3 V. A tensão operacional mais alta dos produtos químicos à base de lítio permite que uma única célula seja usada em vez de duas ou três células de base aquosa em série para perfazer a tensão desejada.
Outra coisa a notar é que alguns produtos químicos de bateria, como o Zinco MnO2, têm uma curva de descarga inclinada, enquanto outros têm um perfil plano. Isso influencia a tensão de corte (Fig. 3).
Figura 3: Gráfico de tensão baseado na química da bateria
Bateria de plotagem de tensão de alimentação VTC em química
4. Faixa de temperatura – A química da bateria determina a faixa de temperatura da aplicação. Por exemplo, células de zinco-carbono baseadas em eletrólitos aquosos não podem ser usadas abaixo de 0°C. As células alcalinas também apresentam um declínio acentuado na capacidade a estas temperaturas, embora menos do que o zinco-carbono. As baterias primárias de lítio com eletrólito orgânico podem funcionar até -40°C, mas com uma queda significativa no desempenho.
Em aplicações recarregáveis, as baterias de íon de lítio podem ser carregadas na taxa máxima somente dentro de uma janela estreita de cerca de 20° a 45°C. Além desta faixa de temperatura, é necessário usar correntes/tensões mais baixas, resultando em tempos de carregamento mais longos. Em temperaturas abaixo de 5° ou 10°C, pode ser necessária uma carga lenta para evitar o temido problema do revestimento dendrítico de lítio, que aumenta o risco de fuga térmica (todos nós já ouvimos falar de explosões de baterias à base de lítio que podem acontecer como resultado de sobrecarga, carregamento em baixa ou alta temperatura ou curto-circuito devido a contaminantes).
OUTRAS CONSIDERAÇÕES INCLUEM:
5. Prazo de validade – Refere-se a quanto tempo uma bateria permanecerá em um depósito ou prateleira antes de ser usada. As baterias primárias têm vida útil muito mais longa do que as secundárias. No entanto, o prazo de validade é geralmente mais importante para as baterias primárias porque as baterias secundárias podem ser recarregadas. Uma exceção é quando a recarga não é prática.
6. Química – Muitas das propriedades listadas acima são ditadas pela química celular. Discutiremos os produtos químicos de baterias comumente disponíveis na próxima parte desta série de blogs.
7. Tamanho e formato físico – As baterias normalmente estão disponíveis nos seguintes formatos de tamanho: células tipo botão/moeda, células cilíndricas, células prismáticas e células tipo bolsa (a maioria delas em formatos padronizados).
8. Custo – Há momentos em que você pode precisar deixar passar uma bateria com melhores características de desempenho porque o aplicativo é muito sensível ao custo. Isto é especialmente verdadeiro para aplicações descartáveis de alto volume.
9. Regulamentos sobre transporte e descarte – O transporte de baterias à base de lítio é regulamentado. O descarte de certos produtos químicos de baterias também é regulamentado. Isto pode ser uma consideração para aplicações de alto volume.
10. Segurança da bateria de lítio do fabricante. Alguns fabricantes ainda não fizeram nenhum teste de segurança e confiabilidade em seu próprio lado antes da produção em massa.
Há muitas considerações ao selecionar uma bateria. Vários deles estão relacionados à química, enquanto outros estão relacionados ao projeto, construção e capacidade do fabricante da bateria. Escolha o fabricante de bateria de íon de lítio mais experiente é o mais importante. VTC Power Co., Ltd, especializada na fabricação de baterias de íon de lítio há 20 anos e dê a melhor proposta para você！
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