Tecnologia de bateria de polímero de íons de lítio

A tecnologia de baterias de polímero de íon de lítio oferece uma alternativa atraente às baterias de lítio tradicionais, com potencial para fornecer maior potência específica e densidade de energia, ao mesmo tempo em que opera com segurança em uma ampla faixa de temperatura sem que a fuga térmica seja um problema.

Custo

As baterias de polímero de lítio oferecem vantagens significativas de custo em relação às suas contrapartes tradicionais de íons de lítio, devido ao uso de polímeros sólidos em vez de eletrólitos líquidos como fontes de eletrólitos - isso elimina os solventes inflamáveis e permite projetos de células mais finas, além de eliminar a formação de dendritos em temperaturas mais altas.

As baterias de polímero de lítio consistem em quatro partes principais, incluindo: eletrodo positivo, eletrodo negativo, separador e eletrólito. Uma película porosa feita de polietileno ou polipropileno forma o separador, que separa os eletrodos e, ao mesmo tempo, permite que os íons de lítio passem livremente entre eles, podendo também servir para desligar temporariamente se a bateria ficar muito quente.

Os eletrólitos são substâncias usadas em baterias para transportar íons de lítio entre o ânodo e o cátodo e podem consistir em vários materiais. Uma solução orgânica é a mais frequente, embora outras opções, como os eletrólitos de polímero gelificado, ofereçam opções viáveis com relação à faixa de temperatura e à estabilidade química.

O lítio é um elemento com propriedades eletroquímicas exclusivas e, como resultado, é um excelente candidato para a tecnologia de baterias. Por ser um dos metais mais leves, com densidade de apenas 0,09 g/cm3 em comparação com outros elementos, o lítio apresenta maior energia específica e capacidade por grama do que outros metais; além disso, atua como um excelente condutor de elétrons, possibilitando baterias com maior densidade de energia.

Na última década, as empresas de baterias trabalharam para aprimorar os processos de fabricação para reduzir os custos de fabricação. De acordo com a pesquisa da BNEF, os custos de pacotes e células agora rivalizam com os dos motores de combustão interna (ICEs). Infelizmente, os preços dos materiais das baterias continuam sendo um desafio constante e seu preço pode sofrer inflação devido ao aumento da demanda por veículos elétricos.

O preço das baterias de polímero de íon-lítio continua a cair à medida que os custos dos materiais diminuem e os processos de produção se tornam mais eficientes. Os líderes do setor optaram pelos cátodos de fosfato de ferro e lítio (LiFePO4) como uma opção de cátodo de custo mais baixo, que é 32% mais barato do que o óxido de lítio, níquel, manganês e cobalto (NMC), mais caro. Além disso, os fabricantes de baterias usam técnicas de pré-tratamento com microagulhas para reduzir os custos das folhas metálicas de Ni e novos eletrólitos de copolímeros em bloco com resistência a dendritos, mantendo a segurança das células.

Segurança

As baterias de polímero de lítio são mais eficientes e têm menor probabilidade de superaquecimento do que as baterias líquidas, além de serem mais flexíveis na aplicação do que as baterias líquidas. Além disso, essas baterias de polímero de lítio podem ser armazenadas por longos períodos sem perder carga, com baixas taxas de autodescarga. Devido a essas qualidades, as baterias de polímero de lítio se tornaram escolhas populares para alimentar dispositivos eletrônicos, bicicletas elétricas e veículos elétricos; mas é preciso ter cuidado ao manuseá-las para evitar incêndios ou explosões; para fazer isso com segurança, a melhor prática é armazenar as baterias dentro de um saco ou recipiente seguro para lipo quando não estiverem sendo usadas; inspecionar regularmente para verificar se há sinais de danos - se estiverem danificadas, descartar imediatamente e substituir por novas.

Para evitar incêndios, sempre use um carregador que tenha sido aprovado pelo fabricante da bateria para uso com seus produtos. Além disso, tenha sempre um extintor de incêndio seco por perto para o caso de ocorrer algum incêndio. Por fim, nunca coloque as baterias ou células de polímero de lítio diretamente sob a luz do sol, pois isso pode levar ao aumento da temperatura e a reações químicas que podem começar a provocar incêndios.

As baterias de polímero de lítio que superaquecem podem fazer com que o eletrólito evapore e entre em combustão, o que pode levar a um curto-circuito nas células e a uma explosão que espalha o fogo pelas áreas próximas. Não vale a pena correr esses riscos quando eles podem colocar em perigo vidas e comunidades próximas.

As baterias de íon-lítio apresentam outras preocupações de segurança além do superaquecimento. A contaminação com partículas metálicas microscópicas durante a fabricação pode criar um curto-circuito interno. Além disso, as abas de carbono nos eletrodos negativos podem se soltar, impedindo a descarga. O material ativo do eletrodo positivo pode se deslocar e bloquear os processos de carga ou drenagem, respectivamente.

Para evitar possíveis problemas, os usuários devem comprar apenas baterias de polímero de lítio de marca de fornecedores e carregadores credenciados e seguir todas as diretrizes de segurança, inclusive as recomendações de polaridade e corrente máxima de descarga recomendadas pelo fabricante. Eles também devem ler a folha de dados de segurança do material da bateria para se certificar de que ela será adequada ao dispositivo ou à aplicação sem problemas.

Tempo de vida

As baterias de polímero de lítio variam significativamente em sua vida útil, dependendo de vários fatores, incluindo a química, o design e as demandas de energia dos dispositivos que as utilizam. As baterias de íon de lítio oferecem mais energia por um custo menor, o que é perfeito para dispositivos que consomem muita energia, enquanto as baterias de polímero de lítio oferecem soluções de bateria mais seguras quando são necessários dispositivos finos. A escolha da bateria apropriada para o seu dispositivo é igualmente essencial; seu uso adequado é igualmente importante.

Para maximizar o desempenho da bateria, evite sobrecarregá-la e armazená-la em altas temperaturas - ambos podem reduzir significativamente sua vida útil. Além disso, evite descarregá-la completamente, pois isso pode danificar seus circuitos internos e, potencialmente, reduzir sua vida útil.

Em geral, a vida útil da bateria é medida em termos de ciclos de carga em vez de meses; por exemplo, baterias com uma vida útil de 500 ciclos ainda manterão aproximadamente 80% de sua capacidade inicial após 500 cargas.

Entretanto, as condições ambientais, como armazenamento, velocidade de carregamento e profundidade de descarga, podem reduzir significativamente a vida útil de uma bateria. As baterias de lítio variam em seu tamanho, design e química dos eletrodos, o que determina sua vida útil; de modo geral, as baterias de melhor qualidade duram mais.

A vida útil do ciclo da bateria de polímero de íon-lítio pode ser muito afetada pela profundidade da descarga, pela taxa de carregamento, pela temperatura e pelo crescimento da resistência interna ao longo do tempo - todos esses fatores influenciam a perda de capacidade e a degradação precoce do circuito.

As baterias de polímero de lítio apresentam uma expansão menos drástica quando sobrecarregadas do que suas contrapartes de íon de lítio; sua expansão também tende a ser menos perceptível, e suas capacidades de ciclagem tendem a superar outras formas de tecnologia de bateria de lítio devido ao seu exclusivo eletrólito DEE, que proporciona excelente condutividade iônica entre os eletrodos negativos e positivos para maior confiabilidade e capacidade de ciclagem; além disso, essas células apresentam revestimentos duráveis em seus eletrodos para proteger contra a abrasão para maior longevidade e segurança - criando baterias seguras adequadas para uma variedade de aplicações e dispositivos!

Carregamento

As baterias de polímero de lítio podem ser difíceis de carregar adequadamente. É fundamental que os usuários sigam as instruções do fabricante e utilizem um carregador eficiente para carregar adequadamente essas células e, antes do uso, elas devem estar totalmente carregadas antes que qualquer dispositivo as utilize. Sua estrutura interna é complexa, pois o carregamento requer a passagem por várias interfaces, como a interface cátodo-eletrólito, a grade do eletrodo negativo e o eletrólito. A sobrecarga das baterias de polímeros de lítio é possível; portanto, é fundamental monitorar os níveis da bateria regularmente, pois às vezes pode ocorrer sobrecarga.

As baterias de polímero de lítio fornecem tensão e energia mais altas quando totalmente carregadas, além de serem menos sensíveis a mudanças de temperatura do que outros tipos de baterias. Também é possível recarregar as baterias de polímero de lítio várias vezes sem aumentar sua vida útil; no entanto, a recarga deve ser realizada lentamente em um local fechado, pois a recarga inadequada pode levar à fuga térmica e causar incêndios ou explosões.

Como parte do processo de carregamento, os íons de lítio se movem do eletrodo positivo para um eletrólito e, em seguida, para o eletrodo negativo composto de grafite. Com o tempo, à medida que se aproximam do lítio metálico, acabam se libertando das ligações de grafite, transformando-se em dendritos que atravessam o diafragma entre os eletrodos positivo e negativo, resultando em curto-circuito.

As baterias de polímero de íon de lítio devem ser carregadas a 0,2 C ou menos para garantir condições seguras de carga. Elas devem ser carregadas por pelo menos 30 minutos até que a corrente atinja o ponto de saturação - normalmente 10% de sua capacidade total - antes de atingir 4,2 V por célula como a tensão na qual a carga deve terminar.

Uma bateria sobrecarregada pode causar danos duradouros, pois sua velocidade de carregamento excede os processos de intercalação e faz com que muitos íons permaneçam em sua superfície. A sobrecarga pode até mesmo acelerar o envelhecimento da bateria em casos extremos.