Entendendo o funcionamento da bateria de lítio

por Raphael Bento, técnico eletrônico e eletromecânico BB Baterias

Hoje em dia, há diversos tipos de bateria, com diferentes tipos de composição química. Por exemplo, a bateria de lítio, que se tornou uma tendência no mercado de uns doze anos para cá. Ela é relativamente mais barata de se fabricar e rende muito mais que outras baterias com composição química diferente.

Nesse texto, você irá conhecer um pouco mais sobre esse tipo de bateria, tão popular e altamente utilizada no meio tecnológico, para a fabricação de baterias dos mais variados dispositivos eletrônicos.

Quem inventou esse tipo de bateria?

O lítio é um elemento químico de origem datada de 817 em Estocolmo, Suécia, pelo químico sueco Johann Arfvedsom. Esse elemento foi isolado pelo químico alemão Robert Wilhelm Bunsen (1811-1899) e Mattiessen, em 1855.

No entanto, oss primeiros testes, pesquisas e desenvolvimento que envolviam o lítio no desenvolvimento de baterias iniciaram apenas no distante ano de 1912, através das mãos do físico Gilbert Newton Lewis. Ainda assim, demorou décadas para que a bateria de lítio se tornar um produto extremamente seguro e comercial.

Além da iniciativa pioneira de Lewis, muitos outros pesquisadores contribuíram com a criação da tecnologia de íon de lítio. Entre alguns desses cientistas, podemos citar os nomes de M Stanley Whittingham, Adam Heller e Samar Basu.

Em 1979, na Universidade de Oxford, o professor John Goodenough descobriu que o lítio poderia ser usado em uma bateria recarregável capaz de armazenar energia. A partir daí, então, o lítio se consolidou ao longo do tempo como um material propício para a composição de baterias para os mais diversos aparelhos eletrônicos, incluindo os notebook.

Composição da bateria de lítio

A bateria de lítio tem 4 partes internas principais, que são:

• Anodo: composto por grafite, no qual a carga positiva flui, ou seja, recebe elétrons.
• Catodo: composto por óxido de cobalto, que seria a parte negativa, a qual cede elétrons.
• Separador: sua função é separar o óxido de cobalto do lítio. Geralmente ele é composto por um material semipermeável, o qual deixa passar apenas um tipo de elemento – nesse caso, os íons lítio. Curiosamente, o separador é encharcado com solvente (geralmente éter).
• Camada de íons de lítio: fica separada do óxido de cobalto.

Funcionamento da bateria de óxido de lítio e cobalto

As lâminas internas, que compõem seu catodo e anodo, são compostas de óxido de cobalto, íons de lítio, cobre e grafite. Quando a bateria entra no processo de descarga, os íons de lítio percorrem do anodo para o catodo, passando através do separador e se ligando ao óxido de cobalto. Quando isso ocorre, sobra basicamente 1 elétron por íon de lítio, o qual é capturado pelo anodo de grafite, que o leva para fora para fornecer carga.

Quando não há mais íons de lítio para serem transportados, a reação química acaba, fazendo com que a energia da bateria esgote. Quando recarregamos a bateria, o processo inverso ocorre, fazendo os íons de lítio voltarem para seu lugar novamente.

Um fato importante a ser salientado, é que uma bateria de lítio jamais deve ser usada até consumir toda sua matéria interna. Por isso, há um circuito inteligente de proteção na bateria, o qual evita que toda carga seja consumida. Deste modo, o composto interno da bateria é preservado para que não seja totalmente consumido e ocasione seu fim.

Veja a diferença entre a bateria de lítio e a bateria de níquel:

Uso da bateria de lítio

Esse tipo de bateria é utilizada em smartphones, notebooks e câmeras digitais. Nos dias atuais, ela está sendo substituída, gradativamente, pelas de polímero de lítio, as quais tem maior vida útil e permitem ao engenheiro desenvolver produtos mais finos ou com formas diferentes.

As baterias de polímero de lítio e outros tipos de baterias, serão citadas em nossas próximas matérias. Então fique ligado pra não perder nenhuma novidade e nos siga nas redes sociais!

Leia também
Como escolher a bateria do notebook?
Quando devo carregar a bateria do notebook

Tipos de bateria de lítio 

Existem diversos tipos diferentes de baterias feitas através do lítio. Você vai conhecer as principais delas logo abaixo.

Bateria de ion de lítio

Esses modelos são os mais tradicionais no mercado, podendo ser considerada a bateria “padrão” de notebooks. Ela tem como características principais o seu custo de produção adequado, que reflete em seu valor de mercado. Além disso, possui razoável autonomia e tempo de vida útil dentro das expectativas do componente.

Se você utiliza aplicativos leves ou costuma operar seu laptop apenas em casa, a bateria de notebook padrão irá se adequar perfeitamente à sua necessidade.

Bateria de polímero de lítio

Esses componentes se caracterizam por apresentar uma autonomia maior do que as demais baterias, pela presença de mais células em sua estrutura. Por essa característica, as baterias de alto rendimento irão dar uma pequena saliência no notebook, o que pode incomodar alguns usuários.

Geralmente, a bateria de notebook de alta capacidade é recomendada para quem costuma executar programas mais pesados, como os de edição, ou passa bastante tempo longe da tomada. Se você utiliza aplicativos leves ou costuma operar seu laptop apenas em casa, a bateria de notebook padrão irá se adequar perfeitamente à sua necessidade.

Bateria de lítio ferrofosfato (LiFePO4)

Em 1996, pesquisadores da Universidade do Texas descobriram o fosfato como material catódico para baterias recarregáveis. Nas pesquisas, os cientistas constataram que o elemento conjunto Li-fosfato ofereceu um bom desempenho eletroquímico com baixa resistência.

Esse responsável foi possível por conta do material catódico de fosfato em escala nanométrica. Os principais benefícios dessa ligações são a alta classificação de corrente e o longo ciclo de vida, além de boa estabilidade térmica e maior segurança no modelo.

Bateria de lítio óxido cobalto (LiCoO2)

Com alta densidade específica de energia, a bateria de lítio óxido cobalto é muito utilizada na fabricação de smartphones, notebooks e câmeras digitais. A composição principal da bateria consiste em de um cátodo de óxido de cobalto e um ânodo de carbono de grafite.

A grande desvantagem apresentado pelo modelo de Li-cobalto é um tempo de vida relativamente curto comparada a outras baterias de lítio, além de baixa estabilidade térmica e capacidade de carga limitada (potência específica).

Bateria de lítio óxido manganês (LiMn2O4)

A arquitetura dessa bateria forma uma estrutura de espinélio tridimensional que melhora o fluxo de íons no elétrodo, o que resulta em menor resistência interna e melhor manuseio de corrente.

A principal vantagem do espinélio é a alta estabilidade térmica e maior segurança, mas o ciclo e a vida útil são limitados. A baixa resistência interna da célula permite o carregamento rápido e a descarga de alta corrente.

Bateria de lítio óxido níquel manganês cobalto (LiNiMnCoO2) – NMC

Um dos sistemas de íons de lítio mais bem-sucedidos é a combinação catódica de níquel manganês cobalto (NMC). Semelhante ao Li-manganês, esses sistemas podem ser adaptados para servir como células de energia, que tem como característica alta capacidade e longa duração.

O grande segredo do NMC se encontra na combinação de níquel e manganês. O níquel é conhecido por sua alta energia específica, mas baixa estabilidade. Já o manganês serve como o aposto, possuindo a vantagem de formar uma estrutura de espinélio para alcançar baixa resistência interna, mas oferece uma baixa energia específica.

As baterias NMC são utilizadas em ferramentas, bicicletas e motores elétricos. A combinação de cátodo é feita com um terço de níquel, um terço de manganês e um terço de cobalto.

A combinação entre os três elementos níquel, manganês e cobalto, conhecida como 1-1-1, representa uma mistura única que, por sua vez, também reduz o custo da matéria-prima devido ao reduzido teor de cobalto, um material que possui alto custo no processo de fabricação para uma bateria de líto.

Bateria de lítio níquel cobalto óxido de alumínio  (LiNiCoAlO2)

A bateria de lítio níquel cobalto óxido de alumínio, ou NCA, existe desde 1999 e é mais comumente utilizada em aplicações especiais.

A bateria NCA tem características principais a semelhança com a tecnologia NCM, oferecendo alta energia específica, capacidade razoavelmente boa e longo tempo de vida útil do componente.

Vantagens e desvantagens das baterias de íons de lítio

Como qualquer outra tecnologia disponível, as células e baterias de íon de lítio apresentam vantagens e desvantagens. Portanto, embora existam muitos tipos diferentes de células de íons de lítio, é possível descrever algumas das vantagens e desvantagens presentes em basicamente todas elas.

Entre as principais vantagens, podemos apontar a vida útil longa, o fato de ser ambientalmente amigável, ter menos custo de manutenção e também apresentar um peso menor se comparada a outras baterias.

Já em relação a desvantagens, podemos citar a delicadeza do material, a janela de tensão operacional e o custo mais elevado, se comparada a outras baterias.

Como preservar a bateria

Existem diversas maneiras de conservar a vida útil da bateria de lítio do notebook. A principal delas é a calibragem, como veremos abaixo.

CALIBRANDO A BATERIA DO NOTEBOOK

O processo de calibragem da bateria de notebook consiste na descarga e carga completa da bateria por três vezes. O processo é extremamente simples e prático, e pode ser feito por qualquer pessoa. Ele é particularmente importante para equalizar o nível de energia de cada uma das células que compõem a estrutura da bateria. Assim, você irá tornar sua bateria mais saudável e otimizando o desempenho do componente a médio prazo.

Para agilizar o processo, você pode colocar em prática ações simples, como aumentar o brilho da tela ao máximo, executar vários programas ao mesmo tempo, por exemplo. Lembrando que sempre ao adquirir um novo produto é necessário realizar a calibragem do notebook.

OUTRAS DICAS PARA FAZER A BATERIA DURAR MAIS

Além da calibragem do notebook, ação fundamental para a preservação da saúde da bateria, existem várias outras recomendações para conservar o componente, tornando sua vida útil maior. Entre elas, algumas das principais são: diminuir o brilho da tela e da resolução, não deixar muitos programas abertos simultaneamente, desconectar wireless e periféricos e fechar aplicativos secundários no sistema operacional. 

Entre as dicas relacionadas ao manuseio e cuidado externo do aparelho, indicamos que o usuário não utilize a máquina sob almofadas e travesseiros ou sobre o colo, pois, dessa forma, o aparelho corre o risco de superaquecer, prejudicando diretamente a bateria.

Seguindo essas recomendações, você estará dando a sua bateria de lítio um tratamento adequado, para permitir que o componente apresente um desempenho satisfatório e tenha bom tempo de duração no que diz respeito a sua vida útil.