neste tutorial, vamos aprender sobre um dos componentes importantes em sistemas elétricos e eletrônicos: uma bateria. Vamos ver algumas informações básicas sobre uma bateria, dar uma olhada em diferentes tipos de baterias e também um guia sobre o tipo de bateria é adequado para a sua aplicação.,

Destaque

Introdução

Se você é um Engenheiro Elétrico ou não, você pode ter vindo através de pelo menos um par de tipos diferentes de pilhas em sua vida. Alguns dos lugares comuns onde você usa baterias são um relógio de parede, alarmes ou detectores de fumo que usa pequenas baterias descartáveis ou carros, caminhões ou motociclos que usa baterias recarregáveis relativamente grandes.as baterias tornaram-se uma fonte de energia muito importante na última década., Mesmo antes disso, eles eram parte integrante de nossas vidas na alimentação de vários dispositivos portáteis, como rádios transistores, Walkman, jogos portáteis, câmeras, etc.mas com o desenvolvimento de smartphones avançados, tablets, laptops, energia solar e veículos elétricos, a pesquisa em baterias poderosas que podem durar mais tempo e podem fornecer a energia necessária tem estado no seu auge.o Prêmio Nobel de Química de 2019 foi concedido a três cientistas John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham e Akira Yoshino para o desenvolvimento de baterias de íon de lítio.,

o Que é uma Bateria? uma bateria é um dispositivo químico que armazena energia elétrica na forma de produtos químicos e, por meio de reação eletroquímica, converte a energia química armazenada em energia elétrica de corrente contínua. Alessandro Volta, um físico italiano, inventou a primeira bateria em 1800.

a reacção electroquímica numa bateria envolve a transferência de electrões de um material para outro (chamados eléctrodos) através de uma corrente eléctrica.,

célula e bateria

embora o termo bateria seja frequentemente usado, a unidade eletroquímica básica responsável pelo armazenamento real de energia é chamada de célula. Uma célula, como acaba de ser mencionado, é a unidade eletroquímica fundamental que é a fonte de energia elétrica produzida pela conversão de energia química.

na sua forma básica, uma célula normalmente contém três componentes principais: dois eléctrodos e electrólitos e também consiste em terminais, separador e um recipiente. Por falar em eletrodos, há dois tipos de eletrodos chamados de ânodo e o cátodo.,

o ânodo é o eletrodo negativo (também chamado de eletrodo de combustível ou eletrodo redutor). Perde electrões para o circuito externo e, na reacção electroquímica, oxida-se.

catodo por outro lado, é o eletrodo positivo (também chamado de eletrodo oxidante). Aceita electrões do circuito eterno e na reacção electroquímica, reduz-se. Assim, a conversão de energia em uma bateria é devido à reação eletroquímica de oxidação-redução.

O terceiro componente importante de uma célula é o electrólito., Um eletrólito atua como meio de transferência de carga na forma de íons entre os dois eletrodos. Por isso, o eletrólito é referido em algum momento como condutor iônico. Um ponto importante a ser notado aqui que o eletrólito não é eletricamente condutivo, mas apenas tem condutividade iônica.uma bateria geralmente consiste em uma ou mais “células” que são conectadas eletricamente em uma série ou configuração paralela para fornecer a tensão e os níveis de corrente necessários.,

Diferentes Tipos de Pilhas

Basicamente, todos os eletroquímico, pilhas e baterias são classificadas em dois tipos:

  • Primárias (não recarregáveis)
  • Secundárias (recarregáveis)

apesar de existirem várias outras classificações dentro destes dois tipos de baterias, estes dois são os tipos básicos. Em termos simples, as baterias primárias são baterias não recarregáveis, ou seja, não podem ser recarregadas eletricamente, enquanto as baterias secundárias são baterias recarregáveis, ou seja, podem ser recarregadas eletricamente.,uma bateria primária é uma das fontes de energia simples e conveniente para vários dispositivos eletrônicos e elétricos portáteis, como Luzes, Câmeras, Relógios, Brinquedos, rádios, etc. Como eles não podem ser recarregados eletricamente, eles são do tipo “usá-lo e quando liberado, descartá-lo”.geralmente, as baterias primárias são baratas, leves, pequenas e muito convenientes para serem usadas com relativamente pouca ou menor manutenção., A maioria das baterias primárias que são usadas em aplicações domésticas são de tipo célula única e geralmente vêm em Configuração cilíndrica (embora, é muito fácil produzi-las em diferentes formas e tamanhos).

tipos de baterias primárias comuns

até a década de 1970, baterias de ânodo de zinco eram os tipos de baterias primárias predominantes. Durante a década de 1940, a Segunda Guerra Mundial e depois da guerra, baterias de zinco – carbono e eles têm uma capacidade média de 50 Wh / kg.o desenvolvimento mais significativo da tecnologia da bateria ocorreu durante o período 1970-1990., É durante este tempo, as famosas baterias de zinco / alcalino de dióxido de manganês foram desenvolvidas e eles lentamente substituíram os tipos mais antigos de zinco – carbono como a principal bateria primária.

Zinco – Óxido de mercúrio e pilhas de óxido de cádmio – mercúrio foram também utilizadas durante este período, Mas devido às preocupações ambientais no que diz respeito à utilização de mercúrio, estes tipos de pilhas foram gradualmente eliminados.,

é durante este período, onde o desenvolvimento de baterias com lítio como material ânodo ativo foi iniciado e é considerado uma grande realização devido à alta energia específica e maior vida útil das baterias De Lítio sobre as baterias de zinco tradicionais.as baterias de lítio são fabricadas como células de botões e moedas para uma gama específica de aplicações (como relógios, backup de memória, etc.) enquanto baterias maiores de tipo cilíndrico também estão disponíveis.

A tabela seguinte mostra diferentes tipos de baterias primárias, juntamente com as suas características e aplicações.,shelf life

Replacement for button and cylindrical cells

Lithium/Solid Electrolyte

Low power, extremely long shelf life

Memory circuits, medical electronics

Secondary Batteries

A Secondary Battery is also called as Rechargeable Battery as they can be electrically recharged after discharge., O estado químico das células eletroquímicas pode ser “recarregado” ao seu estado original, passando uma corrente através das células na direção oposta de sua descarga.

Basicamente, as baterias secundárias pode ser usado de duas maneiras:

Na primeira categoria de aplicações, as baterias secundárias são essencialmente utilizados como dispositivos de armazenamento de energia, onde são conectados eletricamente a uma fonte de energia principal e também cobrado por ele e também do fornecimento de energia quando necessário. Exemplos de tais aplicações são veículos híbridos elétricos( VHE), Fontes de alimentação ininterruptas (UPS), etc.,a segunda categoria de aplicações de baterias secundárias são as aplicações em que a bateria é usada e descarregada como bateria primária. Uma vez que é completamente descarregada (ou quase completamente descarregada), em vez de descartá-la, a bateria é recarregada com um mecanismo de carregamento apropriado. Exemplos de tais aplicações são todos os modernos eletrônicos portáteis como celulares, laptops, veículos elétricos, etc.,

A densidade de energia do batedor secundário é relativamente inferior à das baterias primárias, mas tem outras boas características, como a alta densidade de potência, curvas de descarga plana, alta taxa de descarga, desempenho a baixa temperatura.

Comum Secundário Tipos de Bateria

Duas das mais antigas baterias são de fato as baterias secundárias chamado Baterias de Chumbo – Ácido, que foram desenvolvidos no final do ano de 1850 e Baterias de Níquel – Cádmio, que foram desenvolvidos no início de 1900. Até tempos recentes, existem apenas dois tipos de baterias secundárias.,

A primeira e as baterias recarregáveis mais usadas são chamadas baterias de chumbo-ácido. Eles são baseados no Casal eletroquímico de dióxido de chumbo (Pb – PbO2). O eletrólito usado nestes tipos de baterias é o ácido sulfúrico muito comum.

O segundo tipo de baterias recarregáveis é chamado de Pilhas de Níquel – Cádmio. Eles são baseados em Oxi-Hidroxeto de níquel (óxido de níquel) como o eletrodo positivo e o metal de cádmio com base em eletrodo negativo. Chegando ao eletrólito, uma solução alcalina de hidróxido de potássio é usado.,nas últimas décadas, surgiram dois novos tipos de baterias recarregáveis. Eles são a bateria de níquel-hidreto metálico e a bateria de Íon De Lítio. Destes dois, a bateria de iões de lítio veio a ser um modificador de jogo e tornou-se comercialmente superior com seus números de alta energia específica e densidade de energia (150 Wh / kg e 400 Wh / L).,existem alguns outros tipos de baterias secundárias, mas os quatro tipos principais são: baterias de chumbo – ácido, baterias de níquel – cádmio, baterias de níquel – hidreto metálico, baterias de lítio – ião.baterias de chumbo – ácido

As baterias de chumbo-ácido são de longe as baterias recarregáveis mais populares e mais usadas. Eles têm sido um produto de sucesso há mais de um século., Baterias de chumbo-ácido estão disponíveis em várias configurações diferentes, como pequenas células seladas com capacidade de 1 Ah para grandes células com capacidade de 12.000 Ah.uma das principais aplicações das baterias de chumbo-ácido são na indústria automotiva, uma vez que são utilizadas principalmente como baterias SLI (arranque, iluminação e ignição).outras aplicações de baterias de chumbo-ácido incluem armazenamento de energia, energia de emergência, veículos elétricos (mesmo veículos híbridos), sistemas de Comunicação, Sistemas de iluminação de emergência, etc.,

A ampla gama de aplicações de baterias de chumbo-ácido são resultado de suas amplas gamas de tensão, diferentes formas e tamanhos, baixo custo e manutenção relativamente fácil. Em comparação com outras tecnologias de baterias secundárias, as baterias de chumbo-ácido são a opção menos cara para qualquer aplicação e proporcionam um desempenho muito bom.a eficiência eléctrica das baterias de chumbo-ácido situa-se entre 75% e 80%. Este valor de eficiência é adequado para armazenamento de energia (Fontes de alimentação ininterruptas – UPS) e veículos elétricos.,as pilhas de níquel – cádmio ou simplesmente pilhas Ni-Cd são um dos mais antigos tipos de pilhas disponíveis hoje, juntamente com as pilhas de chumbo-ácido. Eles têm uma vida muito longa e são muito confiáveis e resistentes.

uma das principais vantagens das baterias Ni-Cd é que elas podem ser sujeitas a altas taxas de descarga e podem ser operadas em uma ampla gama de temperaturas. Além disso, o prazo de validade das baterias Ni-Cd é muito longo., O custo dessas baterias é maior que as baterias de chumbo-ácido em por Watt-hora básica, mas é menos que outro tipo de baterias alcalinas.

conforme mencionado anteriormente, as baterias Ni-Cd usam Oxi-Hidroxeto de níquel (NiOOH) como cátodo e metal de cádmio (Cd) como ânodo. As baterias típicas para consumo vêm com uma tensão on-line de 1,2 V. em aplicações industriais, Ni-Cd são apenas o segundo a baterias de chumbo-ácido devido ao seu desempenho de baixa temperatura, tensão de descarga plana, vida longa, baixa manutenção e excelente confiabilidade.,

infelizmente, há uma característica principal das baterias Ni-Cd chamado de “efeito de memória”, que é a sua única desvantagem. Quando as células Ni-Cd são descarregadas parcialmente e depois recarregadas, perdem progressivamente a sua capacidade, ou seja, ciclo-a-ciclo. “Condicionamento” é o processo onde a capacidade perdida das baterias pode ser restaurada.

neste processo, as células são completamente descarregadas para zero volts e, em seguida, totalmente recarregadas.,estas são um tipo relativamente novo de baterias são uma versão estendida de baterias de níquel – hidrogênio, que foram usadas exclusivamente em aplicações aeroespaciais (satélites). O eletrodo positivo é o Oxi-Hidroxeto de níquel (NiOOH), enquanto o eletrodo negativo da célula é uma liga metálica, onde o hidrogênio é armazenado reversivelmente.

durante a carga, a liga metálica absorve o hidrogénio para formar hidreto metálico e, durante a descarga, o hidreto metálico perde hidrogénio.,uma das principais vantagens das baterias de níquel-hidreto metálico sobre a massa Ni-Cd é a sua maior densidade de energia e energia específica. As baterias seladas de níquel-hidreto metálico estão disponíveis comercialmente como pequenas células cilíndricas e são usadas em eletrônicos portáteis.

Baterias De Iões De Lítio

o aparecimento de baterias de iões de lítio nas últimas décadas tem sido fenomenal. Mais de 50% do mercado consumidor adotou o uso de baterias de íon de lítio. Particularmente, laptops, telefones celulares, câmeras, etc. são as maiores aplicações de baterias de iões de lítio.,

as baterias de Iões De Lítio têm uma densidade de energia significativamente elevada, uma energia específica elevada e um ciclo de vida mais longo. Outras principais vantagens das baterias de iões de lítio são a baixa taxa de auto-descarga e uma ampla gama de temperaturas operacionais.

aplicações em baterias

nas últimas décadas, o uso de pequenas baterias seladas em aplicações de consumo tem sido exponencial. Baterias primárias ou recarregáveis em pequenas formas estão sendo usadas em um grande número de aparelhos. Alguns deles são mencionados abaixo.,dispositivos electrónicos portáteis: relógios, aparelhos fotográficos, Telemóveis, Computadores portáteis, Câmaras de vídeo, Calculadoras, Equipamento de ensaio (Multímetros).entretenimento: rádios, Leitores de MP3, Leitores de CD, todos os controles remotos infravermelhos, Brinquedos, jogos, teclados.Aparelhos Domésticos: Relógios, Alarmes, Detectores de fumo, luzes luminosas, UPS, luzes de emergência, escovas de dentes, máquinas de aparar e barbear para o cabelo, monitores de Pressão Arterial, Aparelhos Auditivos, pacemakers, ferramentas eléctricas portáteis (brocas, condutor de parafuso).

como escolher uma bateria?,

a selecção de uma bateria para a sua aplicação pode ser reduzida a apenas duas características: desempenho e custo. Mas se escavarmos um pouco mais fundo, então os seguintes são fatores determinantes na escolha da bateria certa para a sua aplicação.a eficiência energética e a taxa de recarga a vida da bateria a temperatura da bateria