por José Alarco E Peter Talbot , A Conversa
baterias são tão omnipresentes hoje que são quase invisíveis para nós. No entanto, eles são uma invenção notável com uma longa e histórica história, e um futuro igualmente emocionante.,
uma bateria é essencialmente um dispositivo que armazena energia química que é convertida em eletricidade. Basicamente, as baterias são pequenos Reatores Químicos, com a reação produzindo elétrons energéticos, prontos para fluir através do dispositivo externo.as baterias estão connosco há muito tempo. Em 1938, o diretor do Museu de Bagdá encontrou o que agora é conhecido como a “bateria de Bagdá” no porão do Museu. A análise datou – a em cerca de 250BC e de origem mesopotâmica.,
controvérsia rodeia este exemplo mais antigo de uma bateria, mas os usos sugeridos incluem eletroplating, alívio da dor ou um formigueiro religioso.o cientista e inventor americano Benjamin Franklin usou pela primeira vez o termo “bateria” em 1749, quando ele estava fazendo experimentos com eletricidade usando um conjunto de condensadores ligados.a primeira bateria verdadeira foi inventada pelo físico italiano Alessandro Volta em 1800. Discos empilhados de cobre (Cu) e Zinco (Zn) separados por tecidos embebidos em água salgada.fios ligados a cada extremidade da pilha produziram uma corrente estável contínua., Cada célula (um conjunto de uma Cu e um disco Zn e a salmoura) produz 0,76 Volts (V). Um múltiplo deste valor é obtido pelo número de células que são empilhadas juntas.
uma das baterias mais duradouras, a bateria de chumbo-ácido, foi inventada em 1859 e ainda é a tecnologia usada para iniciar a maioria dos carros de motor de combustão interna hoje. É o exemplo mais antigo de bateria recarregável.,hoje em dia, as baterias vêm em uma gama de tamanhos de grandes megawatts, que armazenam a energia de fazendas solares ou subestações para garantir um fornecimento estável em aldeias inteiras ou ilhas, até pequenas baterias como as usadas em relógios eletrônicos.as baterias
são baseadas em diferentes químicos, que geram tensões celulares básicas tipicamente na faixa de 1,0 a 3,6 V. O empilhamento das células em série aumenta a tensão, enquanto a sua conexão em paralelo aumenta o fornecimento de corrente., Este princípio é usado para adicionar até as tensões e correntes necessárias, todo o caminho para os tamanhos de Megawatt.
agora, Há muita expectativa de que a tecnologia de bateria está prestes a dar mais um salto com os novos modelos que estão sendo desenvolvidos, com capacidade suficiente para armazenar a energia gerada com domésticos de energia solar ou eólica e sistemas de energia de uma casa em mais conveniente (geralmente à noite) por alguns dias
Como as baterias funcionam?quando uma bateria é descarregada, a reacção química produz alguns electrões extra à medida que a reacção ocorre., Um exemplo de uma reação que produz elétrons é a oxidação do ferro para produzir ferrugem. O ferro reage com o oxigênio e dá elétrons ao oxigênio para produzir óxido de ferro.a construção padrão de uma bateria é usar dois metais ou compostos com diferentes potenciais químicos e separá-los com um isolador poroso. O potencial químico é a energia armazenada nos átomos e ligações dos compostos, que é então transmitida aos elétrons em movimento, quando estes são autorizados a mover-se através do dispositivo externo conectado.,um fluido condutor, como o sal e a água, é usado para transferir íons solúveis de um metal para o outro durante a reação e é chamado de eletrólito.
O metal ou composto que perde os elétrons durante a descarga é chamado de ânodo e o metal ou composto que aceita os elétrons é chamado de cátodo. Este fluxo de elétrons do ânodo para o cátodo através da conexão externa é o que usamos para executar nossos dispositivos eletrônicos.,pilhas primárias vs baterias recarregáveis quando a reacção que produz o fluxo de electrões não pode ser revertida, a bateria é referida como uma bateria primária. Quando um dos reagentes é consumido, a bateria é plana.
A bateria primária mais comum é a bateria de zinco-carbono. Descobriu-se que quando o eletrólito é um alcalino, as baterias duraram muito mais tempo. Estas são as baterias alcalinas que compramos no supermercado.
o desafio de eliminar essas baterias primárias era encontrar uma maneira de reutilizá-las, recarregando as baterias., Isto torna-se mais essencial à medida que as baterias se tornam maiores, e frequentemente a sua substituição não é comercialmente viável.
uma das primeiras baterias recarregáveis, a bateria de níquel-cádmio (NiCd), também usa um alcalino como um eletrólito. Em 1989, as baterias de hidrogênio de níquel-metal (NiMH) foram desenvolvidas, e tinham uma vida mais longa do que as baterias NiCd.estes tipos de baterias são muito sensíveis à sobrecarga e ao sobreaquecimento durante a carga, pelo que a taxa de carga é controlada abaixo de uma taxa máxima. Controladores sofisticados podem acelerar a carga, sem levar menos de algumas horas.,
na maioria dos outros carregadores mais simples, o processo normalmente leva de um dia para o outro.
aplicações portáteis – tais como telemóveis e Computadores portáteis – estão constantemente à procura de Energia Máxima, A maior parte compacta armazenada. Enquanto isso aumenta o risco de uma descarga violenta, é gerenciável usando limitadores de taxa atuais nas baterias de telefones celulares por causa do formato pequeno global.
mas como aplicações maiores de baterias são contempladas a segurança em grande formato e grande quantidade de células tornou-se uma consideração mais significativa.,
primeiro grande salto em frente: baterias de iões de lítio
As novas tecnologias muitas vezes exigem baterias mais compactas, de maior capacidade, seguras e recarregáveis.
Em 1980, o físico Americano Professor John Goodenough inventou um novo tipo de bateria de lítio em que o lítio (Li) pode migrar através da bateria de um eletrodo para o outro, como Li+ ion.,
lítio é um dos elementos mais leves da tabela periódica e tem um dos maiores potenciais eletroquímicos, portanto esta combinação produz algumas das maiores tensões possíveis nos volumes mais compactos e mais leves.
Esta é a base para a bateria de iões de lítio. Nesta nova bateria, lítio é combinado com um metal de transição – como cobalto, níquel, manganês ou ferro – e oxigênio para formar o cátodo. Durante a recarga quando uma tensão é aplicada, o íon de lítio carregado positivamente do cátodo migra para o ânodo de grafite e torna-se Metal De Lítio.,
porque o lítio tem uma força eletroquímica forte para ser oxidado, se permitido, ele migra de volta para o cátodo para se tornar um ião Li+ novamente e dá seu elétron de volta para o ião cobalto. O movimento de elétrons no circuito nos dá uma corrente que podemos usar.
O segundo grande salto em frente: nano tecnologia
Dependendo do metal de transição usado em bateria de íon de lítio, a célula pode ter uma maior capacidade, mas pode ser mais reactiva e suscetível a um fenômeno conhecido como ” thermal runaway.,no caso das baterias de óxido de cobalto de lítio (LiCoO2) feitas pela Sony na década de 1990, isso levou muitas dessas baterias a pegar fogo. A possibilidade de fazer cátodos de bateria a partir de material nano-escala e, portanto, mais reativo estava fora de questão.
mas na década de 1990 Goodenough novamente fez um enorme salto na tecnologia da bateria, introduzindo um cátodo estável de Íon lítio com base em ferro de lítio e fosfato.este cátodo é termicamente estável., Também significa que os materiais de nano-escala fosfato de ferro de lítio (LiFePO4) ou ferrofosfato de lítio (LFP) podem agora ser feitos com segurança em células de grande formato que podem ser carregadas e descarregadas rapidamente.
existem agora muitas novas aplicações para estas novas células, desde ferramentas de potência até veículos híbridos e elétricos. Talvez a aplicação mais importante seja o armazenamento de energia elétrica doméstica para as famílias.,
Electric cars
O líder no fabrico deste novo formato de bateria para veículos é a Tesla electric vehicle company, que tem planos para a construção de “Giga-plants” para a produção destas baterias.
O tamanho da bateria de lítio para o modelo Tesla s é um impressionante 85kWh.,
isto também é mais do que suficiente para as necessidades domésticas, razão pela qual tem havido tanta especulação quanto ao que o fundador de Tesla, Elon Musk, está se preparando para revelar esta semana.
uma bateria modular pode criar formatos de bateria que são um pouco permutáveis e adequados tanto para aplicações domésticas como para veículos, sem necessidade de redesenhar ou reconstruir.talvez estejamos prestes a testemunhar a próxima mudança geracional na geração e armazenamento de energia impulsionada pelas capacidades cada vez melhores da humilde bateria.,