Olá,
seja bem-vindo ao site Engenheiro de precisão. Hoje abordaremos sobre
curiosidades que estão por trás do fabrico das baterias de lítio. Eu tenho a
certeza que você já tinha visto um veículo eléctrico e você se
questionou sobre a capacidade das baterias ou o tamanho contendo a capacidade
de fornecer energia suficiente para um veículo poder se locomover.
Breve Historial
As
baterias de lítio têm uma história muito importante, pois foi praticamente no
século XIX, que decorreu a descoberta do lítio, por pesquisadores e químicos nativos
da Suécia, mas foi nas últimas décadas que essa fonte começou a ser explorada e
aplicada em dispositivos electrónicos, principalmente os portáteis e atualmente
está ganhando mais destaque em carros eléctricos.
Por
volta da década 70 e 80, diversos pesquisadores trabalharam de forma estratégica
com o objetivo de desenvolverem as baterias recarregáveis de lítio
comercialmente viáveis. Para fazer acontecer este projeto, eles enfrentaram
muitos desafios, como por exemplo a segurança e a estabilidade dos materiais.
Mas ele conseguiram avançar, tendo bons resultados com o tempo e por fim
conseguindo criar as baterias de lítio comercialmente viáveis e com alto
desempenho. É importante realçar, que atualmente as baterias de lítio apresentam
um papel importante sobretudo na transição energética, para uma sociedade mais saudável
e sustentável, engrenando no mercado dos veículos elétricos e o armazenamento
de energia renovável. É claro que esta tecnologia está em constante evolução e prometendo
um futuro mais limpo e eficiente para nós e para o planeta.
Importância das baterias de lítio
nos veículos eléctricos
Atualmente estas baterias desempenham um papel de extrema importância em diversos setores e
aplicações devido as suas características únicas e vantagens que oferecem em
relação a outras. Estas baterias apresentam uma das mais altas densidades de
energia disponíveis em comparação com as outras baterias, entretanto isso
significa que podem armazenar uma quantidade significativa de energia em um
volume pequeno, facilitando bastante para aplicações em dispositivos móveis,
como dispositivos electrónicos portáteis e veículos elétricos. As baterias de
lítio também possuem uma longa vida útil, principalmente se forem utilizadas de
acordo com as recomendações do fabricante. Deste modo elas tornam-se cada vez
mais atraentes para aplicações que requerem ciclos de carga e descarga
frequentes, como nos veículos.
Então vamos aprofundar de forma detalhada
sobre as cinco etapas cruciais na produção dessas baterias, revelando os
principais processos complexos por trás dessa tecnologia.
1-Produção de materiais Cátodo e Ânodo
O
ânodo é conhecido como o polo negativo da bateria, ele é responsável por sofrer
oxidação, o que significa que perde electrões durante o processo de descarga da
bateria. Ele também, age como o agente redutor, facilitando a transferência de
elétrons para o circuito externo. Enquanto que, o cátodo o pólo positivo da bateria e sofre redução, ganhando elétrons
durante o processo de descarga. Por essa razão, ele é considerado o agente
oxidante, uma vez que facilita a transferência de elétrons do circuito externo
para a bateria.
Os
materiais mais comuns para fabrico do cátodo incluem óxido de cobalto, óxido de
níquel e entre outros. Esses materiais passam por processos em que são
sintetizados e processados de forma adequada seguindo-se os altos padrões e
normas para garantir a sua alta performance e durabilidade. Por outro lado, o
ânodo é geralmente o composto de grafite, Apesar de que outros materiais podem também
ser utilizados para esta aplicacao. Entretanto, o grafite passa também por
processos indústrias garantindo que haja uma boa condutividade eléctrica e também
estabilidade durante os ciclos de carga e descarga.
2-Preparação do eletrólito
O
eletrólito é uma solução que permite o transporte de íons de lítio entre os
eletrodos da bateria. O eletrólito nem sempre é ácido, mas há vezes que pode
ser uma solução aquosa que contem um ácido, Ele é preparado com precisão para
garantir a segurança e o desempenho da bateria. Um aspeto muito importante, é
evitar contato com o electrólito, mas se houver um contacto, deve-se lavar
imediatamente com água e sabão no lugar que ocorreu.
O
electrólito é geralmente uma solução de sal de lítio dissolvido em solventes
orgânicos. Por exemplo o ácido sulfúrico é considerado um electrólito para as
baterias de chumbo, razão pela qual a fórmula do electrólito pode variar
dependendo da aplicação e das especificações da bateria que pretende-se obter. É
cruciais os cientistas, químicos e pesquisadores trabalharem de forma precisa
no desenvolvimento da fórmula do eletrólito para evitar o risco de incêndios
ou explosões durante o uso da bateria.
3-Montagem da célula da bateria
Na
terceira etapa, as camadas de materiais são laminadas juntas para formar uma
estrutura coesa que irá compor a célula da bateria. E nessas camadas de
materiais ocorre a laminação enquanto estão juntas com o objectivo de formar
uma estrutura coesa que compõe a célula da bateria. Esse processo de laminação é muito crítico para garantir que haja uma interface mais sólida entre os
diferentes componentes da célula e também evitar vazamentos ou falhas durante o
uso da bateria.
4-Formação e envelhecimento
Após
a montagem, as células da bateria passam por um processo de formação e
envelhecimento para estabilizar o desempenho e a capacidade da bateria. Esse
processo é bastante complexo e exige equipamentos como câmaras de temperatura e
humidade controladas, sistemas de monitoramento e controle automatizados,
equipamentos de teste de bateria, e entre outros. Esses equipamentos tem o
objetico de garantir que as células da bateria sejam submetidas a condições
rigorosas e complexas e mesmo assim garantindo o seu desempenho e bom
funcionamento. O tempo necessário para este processo decorrer pode variar
dependendo do tipo, tamanho e das outras especificações da bateria.
O
processo de formação e envelhecimento das células da bateria é um processo
bastante crítico na fabricação das baterias lítio pois, visa estabilizar a essência
da bateria sendo o desempenho e a capacidade de armazenamento de energia por
longos períodos, garantindo que ela atenda aos padrões de qualidade e
desempenho requisitados. Veja mais detalhes sobre este processo:
Formação inicial: Após o processo de montagem das células da bateria,
elas passam por um processo inicial de formação, é nesta etapa em que as
células são carregadas e descarregadas de forma repetida de forma controlada
para prepará-las para o uso real.
Envelhecimento: Depois do processo de formação, as células entram
na fase de envelhecimento e nesta etapa, elas são submetidas a condições de
temperatura e humidade controladas durante semanas com o objectivo de avaliar
seu desempenho ao longo do tempo.
Testes e monitoramento: Durante o processo de envelhecimento, mede-se os
parâmetros como resistência interna, capacidade de carga e descarga, e ciclagem
de carga usando equipamentos de teste
Validação final e montagem da bateria Final
Após
a conclusão dos processos de formação e envelhecimento, as células da bateria
passam por uma inspeção final com objetivo de verificar se elas atendem os
padrões de qualidade e desempenho estabelecidos pelo fabricante. A
última etapa consiste em agrupar as células e encapsula-las em uma carcaça para
formar a bateria final. Estas são agrupadas de acordo com configurações adequadas
para que possam atender às especificações pretendidas de voltagem e capacidade
da bateria final. A carcaça que contem as células ela tem a importância de
oferecer proteção mecânica e térmica, e também facilitar a conexão com o
sistema elétrico do veículo ou dispositivo.
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