No tutorial anterior, discutimos diferentes tipos de baterias. Além da capacidade de reutilização e da química da bateria, a forma como a bateria é embalada é um fator importante, pois deve ser acomodada em um dispositivo sem comprometer as normas de segurança. A geometria e o tamanho de uma bateria também desempenham um papel vital na sua aplicação a um circuito.
As baterias estão em uso desde 1700 e agora estão disponíveis em vários formatos e tamanhos. O formato de bateria mais antigo foi o design de jarro. Em 1896, grandes células F foram introduzidas e seguidas por células D em 1898. As células C foram as primeiras baterias de tamanho pequeno introduzidas em 1900, seguidas pelas ainda populares baterias AA introduzidas em 1907. Atualmente, as baterias vêm principalmente nos seguintes formas:
- Células Cilíndricas
- Células de botão
- Células Prismáticas
- Células de bolsa
A padronização do tamanho da bateria começou após a introdução das células cilíndricas. Em 1906, uma organização não governamental de padronização – a Comissão Eletroquímica Internacional (IEC) – foi formada para desenvolver padrões para baterias. Em 1917, o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) introduziu uma nomenclatura alfabética para tamanhos de bateria padrão que ainda está em uso hoje.
Tamanhos de bateria
As baterias estão disponíveis nos seguintes tamanhos:
Células cilíndricas
As células cilíndricas são as baterias mais populares para baterias primárias e secundárias e algumas das mais fáceis de fabricar. Essas células possuem um mecanismo de alívio de pressão que lhes permite suportar altas pressões internas sem deformar. Os benefícios adicionais incluem alta estabilidade mecânica, baixo custo, longa vida útil e excelente capacidade de ciclagem. Estas células não alteram a sua forma ou tamanho, pelo que a gestão térmica pode ser feita facilmente com espaçamento adequado entre as células. A única desvantagem dessas baterias robustas é o peso e a baixa densidade de empacotamento devido às cavidades espaciais.
Exemplo de baterias de células cilíndricas.
As células cilíndricas são altamente confiáveis e normalmente vêm com uma chave PTC que interrompe a condução de corrente quando uma carga consome corrente excessiva, oferecendo assim proteção contra curto-circuito. A chave retorna ao estado condutor depois de resfriada. Para segurança mecânica, essas células usam vedação de membrana ou aberturas reutilizáveis. Algumas células cilíndricas de íons de lítio usam um dispositivo de interrupção de carga que desconecta a célula quando exposta a pressão mecânica insegura.
Células cilíndricas são normalmente usadas para baterias de níquel-cádmio e níquel-hidreto metálico. Eles estão disponíveis em tamanhos populares como AA, AAA, AAAA, etc. e também estão disponíveis em tamanhos parciais como formatos 1/2 e ¾. Baterias recarregáveis de íon de lítio no tamanho 18650 também estão disponíveis em células cilíndricas. As células cilíndricas de íon-lítio 18650 têm sido amplamente utilizadas em baterias de laptops e veículos elétricos, mas sua demanda está diminuindo à medida que os novos veículos elétricos dependerão de designs de baterias descarregadas. Ainda assim, as células cilíndricas de íons de lítio de tamanho 21700, 20700 e 22700 continuarão em demanda para diversas aplicações eletrônicas de consumo.
Células de botão
Células botão ou células tipo moeda são usadas como baterias primárias de tamanho pequeno destinadas a dispositivos portáteis compactos. Essas células de baixo custo são encontradas em placas-mãe, relógios de pulso, equipamentos médicos portáteis e telefones sem fio. Sua principal vantagem é seu tamanho compacto, permitindo que sejam facilmente empilhados em um tubo para atingir tensões mais altas. Sua principal desvantagem é a falta de aberturas de segurança e o alto tempo de carregamento. Essas células são usadas principalmente em dispositivos compactos ou como reserva de energia para alguma parte de um circuito. Células tipo moeda também são usadas para manter o relógio nas placas-mãe.
Exemplo de células-botão.
Células prismáticas
As células prismáticas apresentam um design retangular plano que permite a máxima utilização do espaço. Não existe um formato de tamanho padrão para essas células e seu tamanho varia de acordo com o fabricante. Eles são comumente usados em telefones celulares, smartphones, notebooks e dispositivos eletrônicos portáteis, e agora são a escolha preferida em veículos elétricos. As principais desvantagens dessas células são o mau gerenciamento térmico, a curta vida útil e o custo. Eles são propensos a inchar devido ao acúmulo de gás e podem expandir de tamanho ao longo do tempo, o que apresenta riscos à segurança. Eles também podem danificar o dispositivo onde estão alojados, devido à expansão e distorção.
Exemplo de bateria de célula prismática ou retangular
Células de bolsa
As células-bolsa são as baterias mais flexíveis e leves. Com abas de folha seladas dos eletrodos, essas células possuem um invólucro flexível em forma de saco, projetado para acomodar qualquer inchaço na bateria. Geralmente, as células pequenas da bolsa podem inchar após algumas centenas de ciclos de carga-descarga, enquanto as células grandes da bolsa podem inchar após vários milhares de ciclos. Este design de bateria é o mais leve e permite a máxima utilização do espaço. Embora projetadas para cargas leves, essas células podem suportar altas correntes de carga e podem ser empilhadas lado a lado para atingir tensões mais altas.
Exemplo de bateria de célula prismática ou retangular
Quando as células tipo bolsa são fabricadas, elas são fornecidas com um saco de gás temporário. Os gases que se acumulam na primeira carga escapam para o saco de gás, que é posteriormente removido. A bolsa é então selada e pronta para ser fornecida. Nos ciclos de carregamento subsequentes, é produzida uma quantidade mínima de gás, que só pode acumular-se após centenas ou milhares de ciclos.
Essas células possuem maior densidade energética; no entanto, estes são bastante caros de fabricar. Não existe um formato de tamanho padrão para essas células – elas vêm em vários tamanhos e o tamanho pode variar de acordo com o fabricante. As células-bolsa são geralmente usadas em eletrônicos vestíveis (como fones de ouvido Bluetooth, tocadores de música e brinquedos) e dispositivos portáteis. Existem também células de bolsa grandes que são usadas em outras aplicações, como UPS, ESS, etc.
Tendências futuras
Atualmente, as células cilíndricas e as células-botão são as baterias mais populares. No entanto, a tendência está a mudar para células prismáticas e em bolsa, à medida que o seu custo de fabrico diminui gradualmente. Os futuros veículos elétricos podem usar células de design plano (prismáticas e de bolsa). e a mesma tendência pode ser observada em baterias usadas em dispositivos portáteis, gadgets e dispositivos de consumo. As células-bolsa podem ser fabricadas como embalagens de alimentos, enquanto as células retangulares podem ser fabricadas mais facilmente com sistemas de automação aprimorados. Os fabricantes ainda estão encontrando maneiras de melhorar a segurança e a estabilidade térmica de projetos de baterias descarregadas, já que o futuro das baterias depende da utilização do espaço, do peso e da maximização da densidade de energia sem comprometer a segurança.
No próximo artigo, discutiremos a escolha de uma bateria.
