Os 8 tipos de baterias de lítio explicados – qual é a certa para você?

Introdução

As baterias de lítio tornaram-se onipresentes na sociedade moderna, alimentando tudo, desde eletrônicos de consumo até veículos elétricos. A bateria de lítio foi comercializada pela primeira vez pela Sony em 1991, fornecendo uma alternativa de bateria recarregável leve às tecnologias anteriores, como o níquel-cádmio. Nas três décadas seguintes, a investigação em curso levou a grandes melhorias na densidade energética, segurança, vida útil e taxas de carregamento.

As baterias de lítio dependem do fluxo de íons de lítio entre um eletrodo positivo (cátodo) e um eletrodo negativo (ânodo). Durante a descarga, os íons de lítio fluem do ânodo para o cátodo através de uma solução eletrolítica. Isso gera uma corrente elétrica que alimenta o dispositivo. Durante o carregamento, uma tensão externa é aplicada para reverter o fluxo de íons de lítio de volta ao ânodo.

Diferentes produtos químicos para baterias de lítio surgiram ao longo dos anos, cada um com suas próprias vantagens e desvantagens. As primeiras baterias de íon-lítio usavam cátodos de óxido de cobalto e lítio, enquanto as variantes mais modernas usavam cátodos de níquel, manganês e alumínio. Novos produtos químicos, como o fosfato de ferro-lítio, aumentam ainda mais a estabilidade e a segurança. Baterias de lítio de estado sólido com eletrólitos sólidos em vez de líquidos também são uma área de pesquisa ativa.

A alta densidade de energia e a natureza leve das baterias de lítio as tornaram ideais para alimentar dispositivos de consumo e veículos. As melhorias contínuas na tecnologia das baterias de lítio desempenharão um papel fundamental para permitir uma eletrificação mais ampla dos transportes e a adoção de energias renováveis ​​nos próximos anos.

BSLBATT é um profissional fabricante de bateria de íon de lítio , incluindo serviço de P&D e OEM ao longo de 20 anos, nossos produtos são qualificados com o padrão ISO/CE/UL/UN38.3/ROHS/IEC. A empresa tem a missão de desenvolver e produzir a série avançada “BSLBATT” (Best Solution Lithium Battery). Produtos de lítio BSLBATT alimentar uma variedade de aplicações, incluindo, Soluções movidas a energia solar , microrrede, armazenamento doméstico de energia , carrinho de golfe , Marinho , Autocaravana , bateria industrial e muito mais. A empresa oferece uma gama completa de serviços e produtos de alta qualidade que continuam a preparar o caminho para um futuro mais verde e eficiente para o armazenamento de energia. Vários tipos de bateria lifepo4 para sua seleção!

Baterias primárias de lítio - tipos de baterias de lítio

Baterias primárias de lítio são baterias não recarregáveis ​​de uso único que contêm lítio metálico. Elas têm uma densidade de energia mais alta do que a maioria dos outros tipos de baterias primárias, proporcionando mais armazenamento de energia por peso.

Algumas características principais das baterias primárias de lítio:

• Use metal de lítio puro como material anódico. Isto proporciona uma densidade de energia muito elevada, mas também pode introduzir problemas de segurança se não for devidamente contido.

• Não recarregável. As baterias primárias de lítio são projetadas para aplicações de uso único. Tentar recarregá-los pode causar superaquecimento e risco potencial de explosão.      

• Autodescarga mais rapidamente do que outros tipos de baterias primárias. Eles perderão energia gradualmente, mesmo quando não estiverem em uso. A vida útil é normalmente de 5 a 10 anos.      

• Mais caras que as baterias descartáveis ​​alcalinas e de zinco-carbono. A alta densidade de energia os torna mais adequados para dispositivos com requisitos de bateria de longa duração.

• Exige circuitos de proteção para evitar operação fora das faixas seguras de tensão e temperatura. Baterias de lítio desprotegidas podem ser inseguras.

• Comumente usado em relógios, calculadoras, fechaduras remotas de carros e outros dispositivos que requerem baterias compactas e de longa duração. Também utilizado em dispositivos especiais de alta potência.

As baterias primárias de lítio oferecem vantagens de desempenho em relação às baterias descartáveis ​​convencionais, mas exigem considerações extras de segurança. Eles são melhores para dispositivos de baixo consumo com requisitos de longa vida útil, onde os benefícios do peso leve e da alta densidade de energia justificam o custo mais elevado.

Baterias secundárias de íons de lítio - tipos de baterias de lítio

Baterias secundárias de íon de lítio são recarregáveis ​​e o tipo mais comum de bateria de lítio em uso atualmente. Possuem alta densidade de energia, não têm efeito memória e perdem apenas 5% da carga por mês quando não estão em uso. Isso os torna adequados para produtos eletrônicos de consumo, como laptops, telefones e tablets, que exigem recarga frequente.

O cátodo é feito de óxido metálico de lítio, como óxido de lítio-cobalto, e o ânodo é feito de grafite ou óxido de titânio. Durante a descarga, os íons de lítio fluem do ânodo para o cátodo através do eletrólito e do separador. Ao carregar, os íons fluem de volta para se reinserir no ânodo.

As baterias de íons de lítio têm alta densidade de energia, mas podem degradar-se com o tempo devido a altas temperaturas ou sobrecarga. Eles também têm preocupações de segurança se estiverem danificados ou com defeito. No entanto, quando usados ​​corretamente, eles oferecem uma fonte de energia recarregável eficiente para eletrônicos portáteis. A pesquisa contínua visa aumentar ainda mais a densidade energética e melhorar a segurança e a longevidade.

Baterias de polímero de lítio - tipos de baterias de lítio

Baterias de polímero de lítio , às vezes abreviado como LiPo, utiliza um design de bolsa flexível que permite que o eletrólito seja suspenso em um compósito de polímero sólido. Isso dá às baterias de polímero de lítio um formato mais leve, mais fino e mais maleável em comparação com células cilíndricas rígidas ou prismáticas.

O eletrólito polimérico torna as baterias mais seguras, reduzindo a chance de vazamento de eletrólito. Ele também permite que os fabricantes moldem as células em vários tamanhos para melhor se ajustarem ao gabinete de um dispositivo. As células de polímero de lítio podem ser muito finas, com apenas alguns milímetros de espessura. Este tamanho compacto os torna adequados para pequenos produtos eletrônicos de consumo, como smartphones e tablets.

Os invólucros flexíveis e o eletrólito fornecem resistência adicional a choques e vibrações em comparação com células rígidas. No entanto, o material polimérico ainda é vulnerável a perfurações. Deve-se tomar cuidado para não danificar as células de polímero de lítio para evitar curtos-circuitos internos.

As baterias de polímero de lítio geralmente têm uma resistência interna mais baixa do que as baterias de íon de lítio equivalentes. Isso resulta em melhor desempenho de descarga e na capacidade de fornecer pulsos de alta corrente. A química também possui uma curva de descarga mais plana do que a do íon de lítio, mantendo uma tensão média mais alta em maior parte de sua capacidade.

No geral, o design da bolsa das baterias de polímero de lítio oferece vantagens em termos de flexibilidade de peso, tamanho e formato em comparação com os formatos de bateria tradicionais. Isso os torna uma escolha popular para dispositivos portáteis de consumo, drones, modelos controlados por rádio e outras aplicações onde são necessárias baterias pequenas e leves.

Baterias de fosfato de ferro e lítio Tipos de baterias de lítio LiFePo4

Produtos de lítio BSLBATT alimentar uma variedade de aplicações, incluindo, Soluções movidas a energia solar , microrrede, armazenamento doméstico de energia , carrinho de golfe , Marinho , Autocaravana , bateria industrial .

Fosfato de ferro-lítio As baterias (LiFePO4) utilizam um cátodo feito de material de fosfato de ferro-lítio. Isto proporciona uma química mais segura e estável em comparação com outras baterias de íons de lítio.

A principal vantagem das baterias de fosfato de ferro-lítio é o seu longo ciclo de vida. Eles são capazes de suportar centenas a milhares de ciclos de carga/descarga. Isto os torna adequados para aplicações que exigem ciclo de vida elevado, como armazenamento de energia renovável e veículos elétricos.

LFP do BSLBATT A bateria foi desenvolvida de forma independente através do sistema de gerenciamento de bateria BMS, que pode aumentar o ciclo de vida da bateria para 4.000 + vezes e a bateria de armazenamento de energia para 6.000-10.000 + vezes.

As baterias LiFePO4 têm uma densidade de energia mais baixa do que outras baterias de íons de lítio, mas sua química estável oferece uma segurança muito boa. Eles são inerentemente incombustíveis se danificados ou sobrecarregados. Não há risco de fuga térmica.

No geral, as baterias de fosfato de ferro-lítio oferecem um grande equilíbrio entre segurança, ciclo de vida longo e bom desempenho. A sua química relativamente segura e estável torna-as uma escolha popular para muitas aplicações, apesar da sua densidade de energia ligeiramente inferior em comparação com outras baterias de iões de lítio. A capacidade de ciclo de vida longo é especialmente importante para usos como veículos elétricos.

Baterias de titanato de lítio - tipos de baterias de lítio

Baterias de titanato de lítio representam um avanço em relação às baterias tradicionais de íons de lítio. Eles usam titanato de lítio em vez de grafite no ânodo. Isso dá às baterias de titanato de lítio algumas vantagens importantes:

Carregamento rápido – O titanato de lítio permite tempos de carregamento muito mais rápidos em comparação com baterias de íon de lítio padrão. Algumas baterias de titanato de lítio podem carregar mais de 80% da capacidade em 10 minutos. Isso os torna adequados para aplicações que exigem recarga rápida, como veículos elétricos.

Longa vida útil – O ânodo de titanato de lítio é altamente estável. Isso permite que as baterias suportem milhares de ciclos de carga/descarga. As baterias de titanato de lítio geralmente podem durar 10 vezes mais do que as baterias de íon de lítio padrão antes de precisarem ser substituídas. Algumas versões possuem vida útil de 20 anos ou mais.

Segurança   – As baterias de titanato de lítio são menos propensas a problemas de fuga térmica e têm maior estabilidade. Isso lhes dá uma vantagem em aplicações críticas de segurança, como dispositivos médicos.

Desempenho em baixas temperaturas – O material do ânodo permite capacidades de descarga superiores em temperaturas frias. As baterias de titanato de lítio podem operar com eficiência mesmo até -30°C.

O alto custo das baterias de titanato de lítio limitou a sua adoção até agora. No entanto, à medida que a produção aumenta, espera-se que os custos se tornem mais competitivos com os de iões de lítio padrão. Sua excepcional vida útil e capacidade de ciclagem tornam as baterias de titanato de lítio ideais para funções que exigem energia confiável e de longo prazo.

Baterias de lítio e enxofre - tipos de baterias de lítio

Baterias de enxofre de lítio são uma nova química de bateria empolgante que oferece densidade de energia significativamente maior em comparação com baterias de íon de lítio. Essas baterias utilizam enxofre como material catódico, que pode, teoricamente, armazenar cerca de 5 vezes mais energia por peso do que os cátodos tradicionais de óxido de lítio-cobalto usados ​​​​em baterias de íon de lítio.

Algumas vantagens principais das baterias de enxofre de lítio:

• Densidade de energia teórica extremamente alta de cerca de 500 Wh/kg ou 2.800 Wh/L. Isso é 2 a 5 vezes maior do que as baterias de íon de lítio.

• O uso de enxofre como material catódico é abundante e muito mais barato que o cobalto ou o níquel usados ​​em baterias de íon de lítio. Isso pode reduzir significativamente os custos.

• Os cátodos de enxofre são leves em comparação com os cátodos de óxido metálico.

• Não há risco de fuga térmica como as baterias de íon de lítio.

• Materiais ambientalmente benignos.

No entanto, as baterias de enxofre e lítio ainda enfrentam alguns desafios técnicos antes da comercialização generalizada:      

• Ciclo de vida curto devido à perda de material ativo de enxofre ao longo dos ciclos. Estão em andamento pesquisas sobre aditivos e revestimentos para resolver isso.

• Baixa eficiência coulombiana. Os complexos mecanismos de reação levam à perda de enxofre ativo.

• Expansão de volume de enxofre em até 80% durante a descarga, levando à degradação mecânica do cátodo. A nanoestruturação do enxofre ajuda a resolver isso.

• Baixa condutividade elétrica do enxofre que requer aditivos condutores.

• O ânodo metálico de lítio reage com polissulfetos dissolvidos, levando ao rápido desbotamento da capacidade. Revestimentos protetores no metal lítio estão sendo desenvolvidos.

Se esses desafios puderem ser superados, as baterias de lítio-enxofre poderão oferecer uma tecnologia de bateria segura, de alta densidade energética e de baixo custo para aplicações como veículos elétricos e armazenamento em rede. Mas eles ainda continuam sendo uma química de bateria promissora, exigindo mais pesquisa e desenvolvimento.

Baterias de lítio de estado sólido - tipos de baterias de lítio

Uso de baterias de lítio de estado sólido um eletrólito sólido em vez de um eletrólito líquido ou polimérico. Isso as torna mais seguras do que as baterias de eletrólito líquido, pois não há risco de vazamento ou incêndio do eletrólito.

O eletrólito sólido também permite uma densidade de energia mais alta em comparação com baterias de íon-lítio com eletrólito líquido. O eletrólito sólido ocupa menos espaço na bateria, permitindo mais espaço para os materiais do ânodo e do cátodo. Alguns protótipos de baterias de estado sólido demonstraram densidades de energia superiores a 500 Wh/L, em comparação com cerca de 250-300 Wh/L para íons de lítio convencionais.

O eletrólito sólido também apresenta maior estabilidade térmica e química. Ele pode suportar temperaturas mais altas sem quebrar em comparação com eletrólitos líquidos. Isso ajuda a melhorar a segurança da bateria e pode permitir taxas de carregamento mais rápidas no futuro.

Os principais desafios das baterias de lítio de estado sólido são o desenvolvimento de eletrólitos com condutividade de íons de lítio suficientemente alta e a garantia de um bom contato entre o eletrólito sólido e os materiais do eletrodo. Mas muitas empresas e grupos de investigação estão a trabalhar activamente para comercializar baterias de lítio em estado sólido, uma vez que as suas vantagens em segurança e densidade energética as tornam muito promissoras para veículos eléctricos, electrónica de consumo e outras aplicações.

Baterias de ar de lítio - tipos de baterias de lítio

As baterias de ar de lítio representam uma emocionante tecnologia de bateria do futuro que promete densidades de energia extremamente altas, excedendo até mesmo a gasolina. Eles usam lítio metálico como ânodo e oxigênio do ar como cátodo.

Ao descarregar, o metal lítio cede elétrons que se combinam com íons de lítio e oxigênio para formar peróxido de lítio. Esta reação química libera energia para alimentar a bateria. Durante o carregamento, o processo é invertido – o peróxido de lítio se decompõe para liberar oxigênio, os elétrons retornam ao ânodo metálico de lítio e os íons de lítio retornam ao eletrólito.

Uma grande vantagem das baterias de ar de lítio é a sua densidade de energia teórica de cerca de 12 kWh/kg, que é 10 vezes superior à das baterias de iões de lítio. Essa enorme densidade de energia é possibilitada pelo uso de oxigênio do ar ambiente, em vez de armazenar um material catódico pesado.

No entanto, as baterias de ar de lítio ainda enfrentam desafios técnicos significativos. O ânodo metálico de lítio é instável e propenso a formar dendritos durante o carregamento. Os produtos da reação podem obstruir os poros do cátodo de ar, reduzindo o desempenho. Existem também questões de eficiência, ciclo de vida e segurança que devem ser abordadas antes que as baterias de ar de lítio se tornem comercialmente viáveis. Mas se estes desafios puderem ser superados, as baterias de ar de lítio poderão proporcionar um avanço revolucionário no armazenamento de energia. Sua densidade de energia excepcionalmente alta os torna uma perspectiva interessante para veículos elétricos de longo alcance e outras aplicações que exigem a maior energia possível no menor pacote.

Conclusão

As baterias de lítio revolucionaram a eletrônica portátil e os veículos elétricos, fornecendo alta densidade de energia em um pacote leve. À medida que a pesquisa e o desenvolvimento continuam, as baterias de lítio provavelmente continuarão melhorando em termos de capacidade, velocidade de carregamento, segurança e custo.

As baterias primárias de lítio, embora não sejam recarregáveis, proporcionam longa vida útil e alta potência para dispositivos descartáveis. As baterias secundárias recarregáveis ​​de íons de lítio dominam atualmente o mercado de eletrônicos de consumo e estão migrando para aplicações maiores, como VEs. Variantes como polímero de lítio e fosfato de ferro-lítio oferecem vantagens em flexibilidade e segurança.

Os produtos químicos emergentes para baterias, como o enxofre de lítio e o ar de lítio, visam aumentar substancialmente a densidade de energia em comparação com os íons de lítio. As baterias de lítio de estado sólido poderiam fornecer potência e segurança ainda maiores, substituindo eletrólitos líquidos por componentes sólidos.

No geral, a tecnologia das baterias de lítio progrediu rapidamente nas últimas décadas e continuará a ser uma área de inovação muito ativa. Podemos esperar ver baterias de lítio alimentando cada vez mais aspectos da nossa sociedade tecnológica moderna, ao mesmo tempo que melhoram constantemente em áreas críticas como custo, segurança e sustentabilidade ambiental. O futuro é brilhante para essas baterias versáteis de alto desempenho.

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