Uma pilha ou bateria é um dispositivo que transforma energia química em energia eléctrica. A pilha tem três partes: os electrodos, o electrólito e o recipiente.
Os electrodos são os condutores de corrente da pilha. O electrólito é a solução que age sobre os electrodos. O recipiente guarda o electrólito e suporta os electrodos. Existem dois tipos básicos de pilhas.
A pilha primária é uma pilha na qual a reacção química acaba por destruir um dos electrodos, normalmente o negativo. A pilha primária não pode ser recarregada.
A pilha secundária é uma pilha na qual as acções químicas alteram os electrodos e o electrólito. Os electrodos e o electrólito podem ser restaurados à sua condição original pela recarga da pilha.
Acção Electroquímica é o processo de conversão de energia química em energia eléctrica.
O ânodo é o electrodo positivo de uma pilha. O cátodo é o electrodo negativo de uma pilha.
Capacidade de uma bateria
A capacidade de uma bateria define a sua a capacidade energética é expressa em ampère-hora (1 A·h = 3600 coulombs). Se uma bateria debita um ampère (1 A) de corrente (fluxo) por uma hora, tem uma capacidade de 1 A·h. Se puder fornecer 1 A por 10 horas, sua capacidade é 10 A·h.
Bateria Alcalina
Vantagens: custo baixo, são vulgares podem-se encontrar com facilidade em qualquer lugar, durabilidade e potencia elevada para seu tamanho/peso.
Desvantagens: a grande maioria dos modelos comercializados não pode ser recarregada e geralmente é necessária a utilização de suportes para utilização nos diversos dispositivos.
Baterias de Chumbo
As Baterias chumbo-ácido foram inventadas no Séc. XIX, tem como componentes básicos o chumbo ou óxido de chumbo e o ácido sulfúrico.
Vantagens: custo relativamente baixo, resistência a grandes variações de temperatura e grande durabilidade.
Desvantagens: pesada, demora bastante tempo a ser carregada, descarrega-se rapidamente, sofre uma diminuição (pequena, mas constante) de voltagem durante sua utilização e não pode ser recarregada
totalmente com tanta frequência como os outros tipos. A sua melhor utilização é esporádica, uma vez que este tipo de bateria é desenhado para ser constantemente carregada e eventualmente descarregada (ex.: é o tipo utilizado em automóveis, sendo carregada com o motor em funcionamento e descarrega nos
arrancas ou no funcionamento de dispositivos com o veiculo desligado).
Bateria primária. Na pilha alcalina seca a mistura de eletrólitos contém hidróxido de potássio , como base forte, e a área superficial de zinco é aumentada.
Níquel-cádmio (NiCd)
A bateria de níquel-cádmio (NiCd) foi inventada no Séc.XX.
Vantagens: potencial energético maior do que o da de chumbo-ácido, o que faz com que seja de 20 a 50% mais leve, proporcionando um tempo de utilização superior para o mesmo peso. Não sofre queda de
voltagem durante a utilização.
Desvantagens: custo mais alto do que o da de chumbo-ácido, é muito tóxica para o meio ambiente (devido ao cádmio). Além disto, este tipo de bateria sofre mais com extremos de temperatura,
descarregando-se muito rapidamente em temperaturas muito baixas e não se carregando totalmente em temperaturas muito elevadas.
Baterias de Gel
As baterias de gel substituem as baterias de chumbo permitindo uma vida útil mais prolongada.
Basicamente não têm evaporação electrolítica e suas consequências, como acontece com as baterias ácidas. Existem baterias de reduzidas dimensões especialmente concebidas para aplicações RFID. Vantagens - Não têm evaporação electrolítica, maior resistência a temperatura elevadas, choque e vibração.
Níquel Hidreto Metálico (NiMH)
A bateria de níquel-metal-hidreto (NiMH) possui algumas vantagens em relação aos outros tipos: resiste a um número maior de cargas/descargas na sua vida útil do que as de NiCad, possuindo um potencial energético ligeiramente superior (20% em média); ainda em comparação com as de NiCd, possui custo apenas ligeiramente superior, tempo de recarga inferior e maior resistência a variações de temperatura. Tem praticamente o mesmo peso que as de NiCd. Ambientalmente é mais amigável do que a de NiCD. Desvantagem: custo superior ao das de níquel-cádmio.
Zinco Ar
As pilhas de zinco-ar são a mais recente tecnologia desenvolvida para o armazenamento de energia. Este tipo de bateria funciona extraindo o oxigénio existente no ar para reagir com o zinco e produzir
electricidade. Seu princípio de funcionamento é semelhante ao das baterias alcalinas, que também possui zinco no seu interior reagindo com o oxigénio para produzir energia. Porém, nestas baterias o oxigénio é fornecido por um componente interno (dióxido de manganês), nas baterias do tipo zinco-ar , o oxigénio vem da atmosfera, a bateria tem várias aberturas.
Existem dois tipos de baterias zinco-ar: as que podem ser recarregadas e as descartáveis. Baterias deste tipo recarregáveis (onde células de zinco são substituídas) são utilizadas em aplicações como veículos eléctricos movidos a bateria. A grande vantagem deste tipo de bateria é sua durabilidade (tempo de descarga), muito maior do que a dos outros tipos até hoje existentes.
Baterias de Gel
As baterias de gel substituem as baterias de chumbo permitindo uma vida útil mais prolongada.
Basicamente não têm evaporação electrolítica e suas consequências, como acontece com as baterias ácidas. Existem baterias de reduzidas dimensões especialmente concebidas para aplicações RFID. Vantagens - Não têm evaporação electrolítica, maior resistência a temperatura elevadas, choque e vibração.
Um tipo de baterias utilizado muito nos equipamentos electrónicos portáteis é a bateria de lítio.
As baterias de lítio são recarregáveis e têm várias vantagens em relação a outro tipo de baterias. O primeiro ponto é que armazenam o dobro da energia de outras baterias, como as de níquel ou de níquel-cádmio. Uma das razões que fazem com que os utilizadores prefiram este tipo de baterias é o facto de não ter efeito memória, ou seja não é preciso deixar que a bateria se descarregue por completo antes de voltar a carregá-la. Desta forma não existe o risco de perder por completo a bateria e a capacidade de ter o aparelho a funcionar.
Estas baterias apareceram pela primeira vez em 1912, mas não foram comercializadas antes devido aos seus riscos em termos de segurança. O lítio é um metal instável, o que causava alguns problemas em especial quando a bateria era carregada. Como tal a investigação continuou com iões de lítio, o que reduz a capacidade da bateria mas muito mais segura para quem as utiliza.
Baterias de lítio - vantagens e desvantagens
Actualmente as baterias de lítio são muito procuradas. Apesar de ser este o nome pelo qual são conhecidas o correcto é bateria de ião lítio, já que as baterias de lítio não são recarregáveis devido aos problemas de segurança que podem ocorrer durante o seu carregamento.
A razão pela qual muitas vezes são preferidos outros tipos de bateria tem a ver com o seu custo elevado. Isto prende-se com o facto de os custos com a sua manufactura também serem mais elevados do que com outras baterias.
Mas as baterias de lítio apresentam várias vantagens em relação a outras baterias.
A primeira é que têm a capacidade de armazenar uma grande quantidade de energia, o que as torna adequadas para aparelhos electrónicos que têm um consumo mais elevado. Por outro lado não é necessário carregá-las durante um período de tempo elevado da primeira vez que são utilizadas, o que não acontece com outras baterias.
Uma das outras vantagens é que não possui efeito memória. Assim não é necessário deixar que a bateria se descarregue por completo antes de voltar a carregá-la, o que poderá em alguns casos ser um transtorno para quem utiliza o equipamento electrónico com frequência.
Também apresenta algumas desvantagens. Uma delas já foi mencionada e é o preço mais elevado deste tipo de baterias.
A outra é que estas baterias sofrem um processo de envelhecimento, ou seja, perdem a sua capacidade de armazenamento de energia, isto mesmo que não estejam a ser utilizadas. Assim, um cuidado a ter quando compra uma bateria destas é assegurar-se que a bateria não foi fabricada há muito tempo e caso tenha uma bateria de lítio e não a utilize que a guarda num local fresco a cerca de metade da sua capacidade. A temperatura tem um efeito importante no processo de envelhecimento da bateria e por isso deve escolher um local com uma temperatura baixa.
Cuidados a ter com a sua bateria de lítio
Para que a sua bateria de lítio tenha uma maior duração há pequenas coisas a que deve ter atenção, mas que são importantes para que tire o maior proveito da sua bateria de lítio. Uma das coisas que se deve assegurar a data da fabricação da bateria quando a compra. Uma bateria de lítio tem uma vida de cerca de 2 a 3 anos. Isto não se deve ao efeito memória presente em outro tipo de baterias, mas sim devido ao facto de ao longo do tempo a resistência interna da bateria aumenta devido à oxidação o que acaba por não permitir que a bateria liberte a energia em si contida. Por este motivo deve verificar a data de fabrico deste tipo de baterias. Uma bateria que tenha sido fabricada há dois anos terá um tempo de vida útil relativamente curto. Razão pela qual não deve comprar uma bateria de lítio para utilizar mais tarde como reserva.
Um outro aspecto é que o calor também poderá afectar a bateria. Por isso deve evitar manter a bateria em locais quentes. Por exemplo, evite colocar a sua bateria em locais como o interior de um carro aquecido pelo sol. Não deixe o seu telemóvel ou computador com este tipo de baterias num local quente. Se pretender guardar a sua bateria durante um período de tempo mais longo sem a utilizar, deve colocá-la num ambiente fresco, se possível no frigorífico, mas não no congelador. Também, e tendo em conta o efeito da temperatura nestas baterias, deve retirá-las do seu computador caso esteja a utilizar a rede eléctrica normal, para evitar que sobreaqueça.
Este tipo de bateria não tem efeito memória. Na verdade o melhor em termos de recarga desta bateria é não permitir que a bateria descarregue por completo. Se pretender manter uma bateria de reserva por algum tempo deve guardá-la com cerca de metade da sua capacidade e num local fresco, já que deste modo irá aumentar o tempo em que poderá utilizar a sua bateria.
Carga Baterias
Baterias e pilhas recarregáveis necessitam de carga, existem vários métodos para carregar uma bateria
Tensão Constante:
Também conhecido como carga em "flutuação", este método aplica uma tensão constante nos pólos da bateria. A corrente de carga será determinada pelas características eléctricas e químicas da bateria em carga. Isso não é recomendável uma vez que se a bateria estiver com suas grelhas internas em curto circuito a corrente circulante pelo sistema será
elevadíssima. Esse método tem um inconveniente que é o elevado tempo de carga, uma vez que quando mais energia a bateria absorve, menor é a corrente de carga aplicada.
Tensão Constante-Limite Corrente:
método semelhante ao anterior mas com a protecção de sobre-carga evitando assim problemas de correntes elevadas no sistema
Corrente Constante seguido de Tensão Constante:
A bateria é carregada com uma corrente constante até que atinja a sua tensão de flutuação (aprox:10% acima da tensão nominal ), ao que após, o carregador passa a actuar no modo de tensão constante, evitando assim sobrecarga e mesmo a auto-descarga.
Corrente Constante p/ Tempo Definido:
Este tipo de carga aplica uma corrente controlada constante pela bateria por um período determinado limitando o tempo de carga
Corrente Constante seguido de Tensão Corrigida:
A corrente é constante durante a carga até que a bateria atinja sua tensão de carga (20% acima da sua tensão nominal ) então, o carregador comuta para a tensão de flutuação mantendo a bateria neste estado indefinidamente.
Corrente Constante seguido de Tensão Corrigida e Queda de Corrente:
Idêntico ao anterior, a diferença é que quando atinge a tensão de carga, espera até que a corrente da bateria caia abaixo de 1% da sua capacidade nominal para que então comute para a tensão de flutuação, o que garante uma carga mais eficiente. É o método que melhor carrega a bateria, sem nenhum risco de dano.
Delta de Tensão Zero ou Negativo:
Aplica-se uma corrente constante pela bateria de forma a que sua tensão vá subindo (absorvendo energia) ate um ponto em que a subida de tensão termina. Neste ponto, em que a tensão parou de subir, termina-se a carga sob a condição de Delta V Zero. Em alguns tipos de bateria, após o ponto de delta de tensão zero, a tensão começa a cair produzindo uma variação de tensão para baixo, caracterizando o termino por Delta V Negativo.
Temperatura Máxima:
A corrente de carga é bastante elevada, limitada apenas pela temperatura da bateria.Necessita de refrigeração para que se mantenha a temperatura da bateria sempre constante no seu limite máximo