As baterias de íon de lítio ajudaram a revolução da eletrônica portátil há quase três décadas. Agora, elas estão possibilitando a eletrificação de veículos e começando a entrar no setor de serviços públicos. O surgimento e o domínio das baterias de íons de lítio são devidos à sua maior densidade de energia em comparação com outros sistemas de baterias recarregáveis, possibilitados pelo design e desenvolvimento de materiais de eletrodos de alta densidade de energia.
Como em todas as baterias, as baterias de íon-lítio funcionam produzindo uma corrente de elétrons que flui do ânodo para o cátodo. Isso significa que um bom material anódico é aquele que libera prontamente seus elétrons. Atualmente, dentre todos os elementos, o lítio é o melhor do mercado.
Uma grande vantagem é que as baterias operam efetivamente transportando íons de lítio para frente e para trás durante os ciclos de carga e descarga sem depender de reações que destroem gradualmente os eletrodos. Isso significa que suportam mais ciclos de carga e descarga em relação às baterias chumbo-ácido, por exemplo, e sua durabilidade atinge de cinco a dez anos.
Vantagens:
- Alta densidade de energia (potencial para capacidades ainda mais altas);
- Não precisa de preparação prolongada quando novo;
- Autodescarga relativamente baixa;
- Baixa manutenção (não há memória);
- As células especiais podem fornecer corrente muito alta.
Limitações:
- Requer circuito de proteção para manter a tensão e a corrente dentro de limites seguros;
- Sujeito a envelhecimento, mesmo que não esteja em uso (o armazenamento em local fresco e com carga de 40% reduz o efeito do envelhecimento);
- Restrições de transporte (remessas de grandes quantidades podem estar sujeitas a controle regulatório. Esta restrição não se aplica às baterias portáteis);
- Elevado custo para fabricar (cerca de 40% mais alto que o níquel-cádmio);
- Tecnologia não totalmente madura (metais e produtos químicos estão mudando continuamente).
Estamos vivendo um momento de grande preocupação e reunião de esforços para a descarbonização do transporte com grandes investimentos em pesquisa e desenvolvimento de sistemas de propulsão de menor impacto ambiental. O sistema de propulsão elétrico está em constante desenvolvimento e já demonstra bons resultados no que se refere à eficiência energética no transporte.
Os veículos elétricos estão cada vez mais presentes no mercado com tecnologia híbrida e modelos totalmente elétricos. Para garantir a segurança e a qualidade do sistema de propulsão, é necessário que a bateria, que é formada por conjuntos de células de lítio, seja capaz de suportar vários ciclos de recarga e descarga ao longo de sua vida útil e também variações de temperatura, impactos, vibrações e demais pontos inerentes às suas aplicações.
É possível realizar ensaios de confiabilidade e abuso para certificação da qualidade das células de lítio, tais como:
Ensaio de vibração e impacto:
Os ensaios de vibração e impacto são realizados com auxílio de um shaker, equipamento que gera a excitação de perfis de aceleração e frequências determinadas por normas bem como impactos controlados para simulação de condições de aplicação e transporte. Nesses ensaios pode-se detectar possíveis falhas construtivas em células de lítio.
Ensaio de capacidade:
Nesse ensaio é possível verificar se a amostra atende à especificação de capacidade informada pelo fabricante. É realizada uma descarga em corrente constante até que o valor de tensão final seja atingido. O tempo de ensaio e o valor de capacidade em ampere hora (Ah) são registrados.
Ensaio de durabilidade:
Neste ensaio são realizados ciclos de carga e descarga, durante um longo período para verificação do desempenho da célula até que um determinado nível de degradação seja atingido.
Além dos ensaios já citados acima, são realizados ensaios de compressão, perfuração, altitude, ensaios climáticos, entre outros, com métodos definidos por normas nacionais e internacionais. Abaixo, algumas normas para ensaios em células de lítio tracionárias.
- ABNT NBR IEC 62660-1
- ABNT NBR IEC 62660-2
- IEC 61960-3
- IEC 62281
- SAE J2464
- SAE J2929
Há uma série de relatos envolvendo acidentes com brinquedos, celulares, carros elétricos e até aviões, com incêndio em baterias de íons de lítio. Diante disso, os ensaios em células de lítio tracionárias são de extrema importância para a garantia da qualidade desses produtos, uma vez que sua principal função é de fornecer energia para veículos que transportam vidas e equipamentos de uso cotidiano. Durante a fase de projeto e testes iniciais, o tempo e recursos despendidos são necessariamente maiores com o objetivo de mitigar falhas na pós-venda e reduzir riscos de acidentes.