As baterias de pol\u00edmero de l\u00edtio (tamb\u00e9m conhecidas como baterias LiPo) tornaram-se uma op\u00e7\u00e3o cada vez mais popular no mundo do radiocontrole. Oferecendo longos tempos de opera\u00e7\u00e3o e capacidade de energia superior, essas c\u00e9lulas leves de pol\u00edmero de l\u00edtio oferecem maior conveni\u00eancia.<\/p>\n
Eles apresentam uma excelente classifica\u00e7\u00e3o C, o que os torna adequados para aplica\u00e7\u00f5es que exigem r\u00e1pidas explos\u00f5es de velocidade, como corridas de drones.<\/p>\n
Os ion\u00f4meros n\u00e3o aquosos preenchidos com solvente que ligam \u00e2nions a membranas de pol\u00edmeros hospedeiros demonstraram um melhor desempenho das baterias de pol\u00edmero de l\u00edtio ao atenuar a deposi\u00e7\u00e3o dendr\u00edtica.<\/p>\n
As baterias de \u00edon-l\u00edtio s\u00e3o uma fonte de energia indispens\u00e1vel para dispositivos eletr\u00f4nicos, como telefones celulares, computadores e tablets. Embora as baterias de \u00edon-l\u00edtio fa\u00e7am um trabalho admir\u00e1vel no fornecimento de energia a esses dispositivos, elas tamb\u00e9m apresentam v\u00e1rias limita\u00e7\u00f5es que, muitas vezes, afetam negativamente o desempenho. As baterias de pol\u00edmero de l\u00edtio oferecem uma alternativa, pois dispensam totalmente o uso de eletr\u00f3litos l\u00edquidos em favor de eletr\u00f3litos de estado s\u00f3lido, eliminando a possibilidade de danos f\u00edsicos ou fuga t\u00e9rmica que comprometem esses eletr\u00f3litos l\u00edquidos e oferecendo solu\u00e7\u00f5es de eletr\u00f3litos s\u00f3lidos.<\/p>\n
Os eletr\u00f3litos de pol\u00edmero s\u00f3lido (SPEs) oferecem pontos de ebuli\u00e7\u00e3o mais baixos do que os eletr\u00f3litos l\u00edquidos org\u00e2nicos e podem se tornar mais flex\u00edveis por meio da incorpora\u00e7\u00e3o de nanofibras a eles, o que permite que as baterias de pol\u00edmero de l\u00edtio caibam em cart\u00f5es de cr\u00e9dito de forma mais compacta do que o normal. Al\u00e9m disso, gra\u00e7as aos SPEs mais finos usados nas baterias de pol\u00edmero em compara\u00e7\u00e3o com as baterias de \u00edons de l\u00edtio comuns, sua capacidade pode at\u00e9 dobrar.<\/p>\n
Os eletr\u00f3litos de estado s\u00f3lido oferecem muitas vantagens em rela\u00e7\u00e3o \u00e0s baterias com eletr\u00f3litos l\u00edquidos, principalmente o tempo de fabrica\u00e7\u00e3o. As baterias convencionais geralmente envolvem v\u00e1rias etapas, como a personaliza\u00e7\u00e3o de materiais de eletrodos positivos e negativos antes da montagem com separadores e adi\u00e7\u00e3o de eletr\u00f3lito l\u00edquido; em contrapartida, as baterias de pol\u00edmero de l\u00edtio geralmente podem ser montadas em uma \u00fanica etapa.<\/p>\n
As baterias de pol\u00edmero de l\u00edtio oferecem seguran\u00e7a adicional. Como n\u00e3o usam eletr\u00f3litos l\u00edquidos, os pol\u00edmeros de l\u00edtio s\u00e3o menos vulner\u00e1veis a problemas causados por alto estado de carga (SOC) ou sobrecarga. Uma bateria l\u00edquida t\u00edpica, quando exposta a ciclos de SOC\/sobrecarga, se expande devido \u00e0 ligeira vaporiza\u00e7\u00e3o de seu eletr\u00f3lito; essa expans\u00e3o geralmente leva a rachaduras na interface eletrodo\/eletr\u00f3lito e a interfases e tens\u00f5es mec\u00e2nicas causadas por esse processo de expans\u00e3o que levam \u00e0 degrada\u00e7\u00e3o das camadas internas da c\u00e9lula ou a eletrodeposi\u00e7\u00f5es met\u00e1licas desfavor\u00e1veis, como dendritos.<\/p>\n
Shi et al. concentraram seus esfor\u00e7os de pesquisa na cria\u00e7\u00e3o de SPEs que possam superar esses problemas, criando um SPE 3D automontado usando um l\u00edquido i\u00f4nico composto de celulose que tem uma impressionante condutividade i\u00f4nica de 2,0\u00d710-4 S\/cm a 25degC e excelentes propriedades mec\u00e2nicas. Al\u00e9m disso, a celulose tamb\u00e9m fortalece a integridade estrutural do SPE e, ao mesmo tempo, forma uma forte coordena\u00e7\u00e3o de l\u00edtio para promover a dissolu\u00e7\u00e3o do sal de l\u00edtio, melhorando assim o transporte geral de \u00edons e evitando o vazamento de IL.<\/p>\n
O c\u00e1todo de uma bateria funciona como eletrodo negativo, retirando os el\u00e9trons do eletrodo positivo durante a descarga. Os materiais do c\u00e1todo tendem a ser \u00e0 base de carbono, como grafite ou sil\u00edcio; o grafite tende a ser mais usado devido ao seu custo mais baixo, maior condutividade el\u00e9trica e estabilidade, enquanto o sil\u00edcio oferece maior densidade de energia. H\u00e1 v\u00e1rias itera\u00e7\u00f5es de materiais cat\u00f3dicos usados atualmente que visam ao equil\u00edbrio entre a densidade de energia e a vida \u00fatil do ciclo.<\/p>\n
Um \u00e2nodo \u00e9 o eletrodo positivo em uma bateria, servindo para absorver \u00edons de l\u00edtio carregados positivamente durante o carregamento. Os materiais comuns de \u00e2nodo incluem ligas de n\u00edquel-cobalto que oferecem um bom equil\u00edbrio entre a densidade de energia e a vida \u00fatil do ciclo; s\u00e3o mais baratos do que as op\u00e7\u00f5es de n\u00edquel puro com perfis de ponto de fus\u00e3o\/ponto de ebuli\u00e7\u00e3o mais baixos, o que os torna adequados para as altas temperaturas das baterias automotivas.<\/p>\n
O carregamento ocorre com a aplica\u00e7\u00e3o de uma sobretens\u00e3o de uma fonte de alimenta\u00e7\u00e3o externa a cada c\u00e9lula, for\u00e7ando os el\u00e9trons do eletrodo positivo para o negativo e intercalando os \u00edons de l\u00edtio com o material do \u00e2nodo para intercala\u00e7\u00e3o. Uma vez carregada, a capacidade da bateria aumenta lentamente at\u00e9 que o limite de tens\u00e3o m\u00e1xima de carga por c\u00e9lula seja atingido.<\/p>\n
As baterias de \u00edon-l\u00edtio t\u00eam recebido alguma aten\u00e7\u00e3o da imprensa por sua tend\u00eancia a pegar fogo espontaneamente; no entanto, seu risco permanece relativamente baixo. O que \u00e9 mais comum nessas baterias \u00e9 o descontrole t\u00e9rmico, no qual o eletrodo negativo se aquece antes de come\u00e7ar a se oxidar e entrar em igni\u00e7\u00e3o, levando \u00e0 explos\u00e3o ou ao inc\u00eandio em uma rea\u00e7\u00e3o em cadeia explosiva que leva \u00e0 explos\u00e3o ou ao inc\u00eandio em um conjunto de baterias.<\/p>\n
As c\u00e9lulas de \u00edon-l\u00edtio com eletr\u00f3litos de pol\u00edmero s\u00f3lido podem ajudar a reduzir o risco de fuga t\u00e9rmica. Esses eletr\u00f3litos consistem em filmes semelhantes a pl\u00e1sticos que substituem os separadores porosos tradicionais em poros embebidos em solventes org\u00e2nicos, geralmente compostos por um dos v\u00e1rios pol\u00edmeros, como acrilonitrila, butirato ou fluoreto de polivinilideno (PVdF).<\/p>\n
O l\u00edtio em sua forma elementar pura \u00e9 altamente reativo. Para evitar a intera\u00e7\u00e3o com a \u00e1gua e a produ\u00e7\u00e3o de g\u00e1s hidrog\u00eanio que causaria a explos\u00e3o da bateria, as baterias de \u00edon-l\u00edtio usam eletr\u00f3litos n\u00e3o aquosos compostos de sais de l\u00edtio em pol\u00edmeros como carbonato de etileno ou carbonato de propileno - quatro componentes principais que comp\u00f5em uma c\u00e9lula de bateria nesse caso.<\/p>\n
Os c\u00e1todos das baterias de l\u00edtio consistem em \u00f3xido de metal, enquanto os \u00e2nodos consistem em carbono poroso. Quando descarregados, os \u00edons de l\u00edtio se movem do \u00e2nodo por meio do eletr\u00f3lito e do separador para o c\u00e1todo por meio do eletr\u00f3lito para a produ\u00e7\u00e3o de energia el\u00e9trica. Por outro lado, durante o carregamento, eles retornam atrav\u00e9s da libera\u00e7\u00e3o do \u00e2nodo para o c\u00e1todo, o que fornece mais energia.<\/p>\n
Tanto os c\u00e1todos quanto os \u00e2nodos dos conjuntos de baterias s\u00e3o feitos de compostos sint\u00e9ticos que s\u00e3o mo\u00eddos em part\u00edculas finas antes de serem misturados com aglutinantes e solventes e, em seguida, revestidos em uma folha de metal (geralmente alum\u00ednio para o \u00e2nodo e cobre para o c\u00e1todo). Ap\u00f3s serem espalhadas pela superf\u00edcie da folha de metal, essas misturas s\u00e3o espalhadas por cima e secas em um forno para fixar sua estrutura, remover res\u00edduos de aglutinante\/solvente e criar um filme microporoso perme\u00e1vel aos \u00edons de l\u00edtio.<\/p>\n
Um \u00e2nodo geralmente consiste em \u00f3xido de n\u00edquel-cobalto (NiCoO2) ou di\u00f3xido de l\u00edtio-mangan\u00eas (LiMn2O4); ambos os materiais oferecem custos mais baixos do que o cobalto e s\u00e3o facilmente oxidados de forma revers\u00edvel de volta aos seus estados naturais de n\u00edquel e mangan\u00eas. A estrutura de treli\u00e7a c\u00fabica do Li-LiMn2O4 facilita a difus\u00e3o tridimensional dos \u00edons de l\u00edtio para dentro e para fora dos cristais; durante a descarga, um \u00edon de l\u00edtio para cada dois \u00edons de Mn \u00e9 inserido nesses cristais, enquanto o carregamento remove um \u00edon de l\u00edtio de um para cada dois \u00edons de Mn, que s\u00e3o extra\u00eddos reversivelmente durante o carregamento.<\/p>\n
Algumas baterias usam \u00e2nodos de carbono condutor de pl\u00e1stico, que s\u00e3o muito mais baratos e t\u00eam capacidade de ciclagem e capacidade reduzidas do que os \u00e2nodos de l\u00edtio met\u00e1lico. Ainda assim, eles s\u00e3o uma op\u00e7\u00e3o de reciclagem atraente, pois n\u00e3o \u00e9 necess\u00e1rio passar por processos de purifica\u00e7\u00e3o caros e demorados; no entanto, isso leva ao ac\u00famulo de l\u00edtio met\u00e1lico em sua superf\u00edcie, o que reduz a capacidade com o tempo.<\/p>\n
O descontrole t\u00e9rmico de uma bateria de pol\u00edmero de l\u00edtio ocorre quando suas rea\u00e7\u00f5es qu\u00edmicas internas se tornam autossustent\u00e1veis, produzindo calor e liberando energia em uma taxa exponencialmente crescente. Nesse est\u00e1gio, a press\u00e3o aumenta rapidamente dentro da bateria com a forma\u00e7\u00e3o de gases que causam expans\u00e3o dentro das c\u00e9lulas, fazendo com que a embalagem de alum\u00ednio da bateria se rompa e libere grandes volumes de gases inflam\u00e1veis que podem ser perigosos para a vida humana.<\/p>\n
O descontrole t\u00e9rmico pode ser causado por v\u00e1rios fatores, incluindo sobrecarga da bateria, exposi\u00e7\u00e3o a altas temperaturas, falha mec\u00e2nica ou curto-circuito interno\/externo. Trata-se de um evento repentino e dif\u00edcil de controlar, que acaba levando \u00e0 destrui\u00e7\u00e3o da bateria devido \u00e0 desestabiliza\u00e7\u00e3o e \u00e0 quebra dos materiais org\u00e2nicos do l\u00edtio, gerando aumentos de temperatura perigosamente r\u00e1pidos que criam aquecimento interno nas c\u00e9lulas da bateria, o que leva a processos de fuga t\u00e9rmica.<\/p>\n
Todas as baterias de \u00edon-l\u00edtio geram algum calor, mas se a taxa de gera\u00e7\u00e3o desse calor exceder a taxa de dissipa\u00e7\u00e3o, a temperatura interna aumentar\u00e1 exponencialmente at\u00e9 que a estabilidade seja perdida. Nesse ponto, a c\u00e9lula interna inchar\u00e1 \u00e0 medida que a estrutura do separador entrar em colapso, levando ao contato entre os eletrodos e desencadeando rea\u00e7\u00f5es qu\u00edmicas exot\u00e9rmicas que aceleram rapidamente o aumento da temperatura, produzindo quantidades enormes de calor que aumentam ainda mais a temperatura da c\u00e9lula at\u00e9 que ocorra o descontrole t\u00e9rmico.<\/p>\n
Reduzir o descontrole t\u00e9rmico pode ser um desafio quase intranspon\u00edvel, e \u00e9 a\u00ed que entram em cena os dispositivos de seguran\u00e7a contra falhas, como o desligamento do separador - eles funcionam desligando o transporte de l\u00edtio, o que interrompe o processo de descontrole t\u00e9rmico, embora possam levar algum tempo para fazer sua m\u00e1gica; at\u00e9 que esse tempo chegue, a temperatura da bateria continua a aumentar constantemente.<\/p>\n
Portanto, para minimizar o risco desse evento e proteger as baterias de forma mais eficaz contra o descontrole t\u00e9rmico, uma estrat\u00e9gia eficaz \u00e9 armazen\u00e1-las em um gabinete de bateria equipado com sensores de temperatura que monitoram as temperaturas internas das c\u00e9lulas e podem intervir antes que elas atinjam o limite de descontrole t\u00e9rmico. Esses gabinetes tamb\u00e9m v\u00eam equipados com recursos de comunica\u00e7\u00e3o para permitir a tomada de decis\u00f5es baseadas em dados quando se trata de necessidades de carregamento, armazenamento e manuten\u00e7\u00e3o.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Lithium polymer batteries (also known as LiPo batteries) have become an increasingly popular choice in radio control world. Offering long run times and superior power capacity, these lightweight lithium polymer cells offer greater convenience. They feature an excellent C rating, making them suitable for applications that demand fast bursts of speed such as drone racing. …<\/p>\n