Tudo o que você precisa saber sobre a bateria de lítio

A bateria de lítio é uma tecnologia cada vez mais presente em nosso cotidiano. Com sua capacidade de ser reabastecida por meio de uma recarga elétrica, é utilizada em larga escala em aparelhos eletroeletrônicos como notebooks e celulares.

Além disso, esse equipamento é essencial para o avanço da mobilidade elétrica e do crescimento do uso das fontes de energia renováveis. Nesse texto, além de conhecer os detalhes técnicos mais importantes, você entenderá como a bateira de lítio irá ajudar na eletrificação da economia global.  

Como funciona a bateria de lítio?

As baterias de íon de lítio são populares devido à sua alta densidade de energia, longa vida útil e baixa taxa de autodescarga. Elas são amplamente utilizadas em dispositivos eletrônicos portáteis, veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia.

Esse tipo de bateria faz uso dos íons de lítio como principal componente eletroquímico. Durante o ciclo de descarga, os átomos do lítio são ionizados no ânodo (eletrodo negativo) e separados dos elétrons. Os íons de lítio se movem e passam pelo eletrólito até chegar ao cátodo (eletrodo positivo), onde se recombinam com seus elétrons e se tornam eletricamente neutros.

Os íons de lítio são pequenos o bastante para se movimentar através de um separador permeável ente o ânodo e o cátodo. Em razão disso, as baterias de íon-lítio são capazes de possuir alta voltagem e alta capacidade de armazenamento.

Esse processo poder ser resumido da seguinte forma:

• O ânodo é geralmente feito de grafite, que é capaz de armazenar íons de lítio quando a bateria está sendo carregada.
• O cátodo é geralmente feito de óxidos de metal de lítio, como o óxido de cobalto de lítio (LiCoO2), óxido de ferro de lítio (LiFePO4) ou outros materiais. Durante a carga, os íons de lítio migram do ânodo para o cátodo através do eletrólito.
  
• O eletrólito é uma solução condutora que permite o movimento dos íons de lítio entre o ânodo e o cátodo durante o carregamento e a descarga da bateria. Geralmente, é um líquido orgânico contendo sais de lítio.
  
• Quando a bateria está sendo carregada, uma corrente elétrica é aplicada à bateria. Isso faz com que os íons de lítio se movam do ânodo para o cátodo através do eletrólito. Eles são armazenados nas estruturas cristalinas do material do cátodo.
  
• Quando a bateria está sendo usada para alimentar um dispositivo, os íons de lítio fluem do cátodo de volta para o ânodo através do eletrólito, gerando corrente elétrica que alimenta o dispositivo conectado.
  
•  Durante a carga e a descarga, ocorrem reações químicas reversíveis nos eletrodos que permitem o movimento dos íons de lítio de um lado para o outro, permitindo assim a operação da bateria.
  

- O ânodo é geralmente feito de grafite, que é capaz de armazenar íons de lítio quando a bateria está sendo carregada.

Quais são os tipos de baterias de lítio?

Existem diversas tecnologias de baterias de íon de lítio, cada uma com suas próprias características e aplicações.

Íon de Lítio Cobalto (LiCoO2)

Esta é uma das tecnologias mais antigas e amplamente utilizadas em dispositivos eletrônicos portáteis, como smartphones e laptops. Tem uma alta densidade de energia, o que significa que pode armazenar uma grande quantidade de energia em um tamanho relativamente pequeno.

Íon de Lítio Ferrofosfato (LiFePO4)

Este tipo de bateria é conhecido por sua estabilidade térmica e segurança, o que o torna uma escolha popular para aplicações que exigem alta segurança, como veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia residencial.

Íon de Lítio Manganês (LiMn2O4)

Essas baterias são conhecidas por sua estabilidade e baixo custo, tornando-as uma escolha comum para aplicações como ferramentas elétricas e dispositivos médicos portáteis.

Íon de Lítio Níquel Cobalto Alumínio (NCA)

Este tipo de bateria é conhecido por sua alta densidade de energia e é comumente usado em veículos elétricos devido à sua capacidade de fornecer uma alta potência durante períodos prolongados.

Íon de Lítio Níquel Manganês Cobalto (NMC)

Estas baterias oferecem uma combinação de alta densidade de energia e longa vida útil, tornando-as uma escolha popular para uma variedade de aplicações, incluindo veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia estacionária.

Quais as vantagens das baterias de lítio para energia solar?

Em relação as baterias mais tradicionais de chumbo-ácido, a bateria de lítio apresenta várias vantagens como maior densidade energética, maior tempo de autonomia, recarga mais rápida e maior vida útil.

A densidade energética é a relação entre a quantidade de energia por volume ou massa de uma bateria. Isso implica em ganho de eficiência e autonomia e menores custos com componentes na fabricação e menor necessidade de espaço para a instalação.

Com a mesma capacidade de armazenamento, uma bateira de lítio pesa até três vezes menos que uma de chumbo-ácido. Enquanto uma bateria de chumbo-ácido leva 8 horas para ser carregada e possui autonomia também de 8 horas, uma bateria de lítio leva apenas 2,5 horas para recarga e pode ser usada por até 16 horas.

A vida útil média das baterias de chumbo é de 3 anos. Já a das baterias de lítio chegam a 10 anos. Considerando os ciclos de recarga, a comparação é de 1,5 mil ciclos das baterias de chumbo contra de 5 mil a 7 mil das baterias de lítio.

As baterias de íon de lítio oferecem várias vantagens significativas para sistemas de energia solar, incluindo:

• As baterias de íon de lítio têm uma alta densidade de energia, o que significa que podem armazenar uma grande quantidade de energia em um espaço relativamente pequeno. Isso é crucial para sistemas de energia solar, onde o espaço pode ser limitado.
• As baterias de íon de lítio geralmente têm um ciclo de vida longo, o que significa que podem ser recarregadas e descarregadas muitas vezes antes de precisarem ser substituídas. Isso é importante para sistemas de energia solar que são projetados para operar por muitos anos.
  
• As baterias de íon de lítio têm uma baixa taxa de autodescarga, o que significa que retêm sua carga por longos períodos de tempo quando não estão em uso. Isso é útil em sistemas de energia solar, onde a energia armazenada pode ser necessária mesmo quando não há luz solar disponível.
  
• As baterias de íon de lítio são altamente eficientes em termos de carga e descarga de energia. Isso significa que menos energia é perdida durante o processo de armazenamento e liberação de energia, tornando o sistema mais eficiente como um todo.
  
• As baterias de íon de lítio são escaláveis, o que significa que podem ser facilmente dimensionadas para atender às necessidades específicas de um sistema de energia solar, seja para uma residência, uma empresa ou até mesmo uma instalação de grande escala, como uma fazenda solar.
  
• As baterias de íon de lítio geralmente requerem pouca ou nenhuma manutenção, o que reduz os custos e o tempo necessários para mantê-las em funcionamento.
  

Quais são as desvantagens das baterias de lítio para energia solar?

Apesar das muitas vantagens, as baterias de íon de lítio também apresentam algumas desvantagens para sistemas de energia solar. Aqui estão algumas delas:

• As baterias de íon de lítio geralmente têm um custo inicial mais alto em comparação com outras tecnologias de armazenamento de energia, o que pode representar um desafio financeiro para alguns proprietários de sistemas solares, especialmente em instalações de grande escala.
• Embora as baterias de íon de lítio tenham um ciclo de vida longo em condições ideais, sua vida útil pode ser reduzida em condições extremas, como temperaturas muito altas ou muito baixas. Isso pode exigir medidas extras de controle de temperatura para proteger as baterias e prolongar sua vida útil.
  
• As baterias de íon de lítio podem representar um risco de incêndio e segurança se não forem manuseadas corretamente ou se ocorrerem falhas no sistema. Embora sejam geralmente seguras quando fabricadas e instaladas adequadamente, é importante seguir práticas adequadas de instalação e manutenção para mitigar esses riscos.
  
•  Embora as baterias de íon de lítio sejam mais ambientalmente amigáveis do que algumas tecnologias mais antigas de baterias, ainda há preocupações ambientais associadas à extração de lítio e outros materiais usados em suas células. Além disso, a disposição inadequada de baterias usadas pode representar um problema de poluição.

Embora essas desvantagens existam, muitas delas podem ser mitigadas com o avanço da tecnologia e melhores práticas de instalação e operação.

Aplicações da bateria de lítio

As baterias de lítio podem ser utilizados em diversos tipos de equipamentos e em diferentes tipos de proporção. As aplicações mais comuns são:

Eletroeletrônicos: como celulares, notebooks e tablets.

Ferramentas elétricas: como furadeiras, lixadeiras e serras.

Telecomunicações: como sistema de back-up de energia para torres de transmissão.

Veículos industriais: como empilhadeiras e rebocadores.

Carros elétricos: incluindo carros de passeio, ônibus e caminhões.

Armazenamento de energia: aplicado em conjunto com sistemas de geração de energia renovável.

Quanto custam as baterias de lítio?

O mundo está testemunhando uma redução acelerada dos preços das baterias, um movimento simular ao ocorrido com placas de energia solar nos últimos anos. Somente entre meados de 2023 e meados de 2024, a CATL, uma das maiores fabricantes de baterias do mundo, registrou redução de 50%, chegando a cerca de US$ 110/kWh. Os principais fatores que impulsionam essa queda são avanços tecnológicos, aumento da capacidade produtiva e maior demanda, especialmente do mercado de carros elétricos.

Por que as baterias de lítio diminuem em climas frios?

A bateria de lítio tem seu funcionamento comprometido em temperaturas frias, o que acontece por algumas razões. 

Veja as principais:

• Em temperaturas frias, o eletrólito da bateria de lítio tem uma diminuição de condutividade, e uma elevação de viscosidade;
• Baixas temperaturas fazem com que se eleve a impedância da transferência de carga entre eletrólito e eletrodo;
• A capacidade de carregar e descarregar da bateria de lítio em climas fios é reduzida graças a movimentação dos íons de lítio que se torna mais lenta.

Todos esses, com alguns outros fatores, reduzem a eficiência das baterias em condições de frio.

Mobilidade elétrica

O setor que mais demanda baterias de lítio são os veículos elétricos. Graças ao avanço dessa indústria e o aumento da frota de carros eletrificados, a produção desse tipo de bateria tem ganhado escala industrial e acelerado o desenvolvimento tecnológico, o que se traduz em redução de custos.

Na última década, os preços das baterias caíram quase 90% e a tendência é de continuidade da redução nos próximos anos. Como esse é considerado o elemento de maior impacto no preço dos carros elétricos, existe a perspectiva de que esse tipo de veículo se torne cada vez mais acessível.

Conforme projeções da BloombergNEF, a frota global de eletrificado pode saltar de 16 milhões para 229 milhões entre 2021 e 2030.

Geração renovável e armazenamento de energia

O armazenamento de energia por meio de baterias desempenha um papel fundamental na integração e no aproveitamento eficiente da geração renovável de energia, como solar e eólica.

O maior uso de fontes renováveis de energia, como a solar e a eólica, pode ser acelerado pelo uso conjunto com sistemas estacionários de armazenamento de energia. Dessa forma, será possível guardar a energia produzida durante o dia, no caso da fonte solar, e nos momentos de vento, no caso da eólica, para ser utilizada a qualquer hora, garantindo maior estabilidade ao sistema elétrico.

Além disso, esse tipo de sistema também viabiliza a substituição de geradores a diesel em locais isolados por painéis de energia solar. Também existe espaço para aplicações residenciais, permitindo o uso da eletricidade gerada durante o dia pelo módulo solar instalado no telhado, reduzindo ainda mais o consumo e o valor da conta de luz.

Aqui estão algumas maneiras pelas quais as baterias estão relacionadas à geração renovável de energia:

Compensação da variabilidade

Uma das principais características das fontes de energia renovável, como a energia solar e eólica, é sua variabilidade intrínseca devido às mudanças nas condições climáticas. As baterias podem armazenar o excesso de energia gerado durante os períodos de alta produção (por exemplo, quando o sol está brilhando ou o vento está forte) e fornecê-lo quando a geração de energia é baixa (por exemplo, à noite ou em dias sem vento).

Aumento da autoconsumo

Sistemas de energia solar residencial e comercial podem se beneficiar do armazenamento de energia por baterias para aumentar o autoconsumo da energia gerada pelos painéis solares. Em vez de exportar o excesso de energia para a rede elétrica durante o dia, essa energia pode ser armazenada em baterias e usada mais tarde, reduzindo a dependência da rede elétrica convencional.

Redução dos custos de pico de demanda

As baterias podem ser usadas para reduzir os custos associados aos picos de demanda de energia elétrica. Em sistemas comerciais e industriais, por exemplo, as baterias podem ser carregadas durante os períodos de baixa demanda e descarregadas durante os picos de demanda, reduzindo assim a necessidade de comprar eletricidade da rede durante esses períodos mais caros.

Fornecimento de energia em áreas remotas

Em áreas remotas onde a infraestrutura elétrica é limitada ou inexistente, as baterias podem ser combinadas com sistemas de geração renovável para fornecer energia confiável e sustentável. Isso pode incluir comunidades isoladas, postos de telecomunicações, estações meteorológicas e projetos de bombeamento de água.

Estabilização da rede elétrica

O armazenamento de energia por baterias pode ajudar a estabilizar a rede elétrica, fornecendo serviços de resposta rápida para suavizar flutuações na frequência e tensão da rede. Isso é especialmente útil com o aumento da penetração de fontes intermitentes, como solar e eólica, na rede elétrica.

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