Atualmente, diversos tipos de baterias são desenvolvidos para atender a demanda, cada vez maior, por energia. A popularização de dispositivos móveis exige baterias pequenas, com muita densidade de energia e um longo tempo de vida. Neste sentido, nessa seção são apresentados alguns tipos de baterias recarregáveis que estão comercialmente disponíveis no mercado para comercialização (cf. Figura 2.3).
Figura 2.3: Densidade de Energia e Ano de Implementação Comercial [7]
2.6.1 Baterias de Níquel-Cádmio
As baterias de Níquel-Cádmio (NiCd) foram a única opção durante muitos anos para a utilização em dispositivos móveis, uma vez que são muito utilizadas em aparelhos ele- trônicos de baixo custo como rádios portáteis e leitores de CD. Elas apresentam baixo custo, vida útil longa, e capacidade para demanda de altas taxas de descarga. No en- tanto, dispõem de desvantagens, como, por exemplo, o efeito memória, elevada taxa de
Capítulo 2. Revisão Bibliográ ca 18 autodescarga, e baixa densidade de energia. Além disso, o que as torna cada dia menos comercial é a alta toxicidade de sua composição [15,30] e o seu efeito memória (popular- mente chamado de vício).
2.6.2 Baterias de Chumbo-Ácido
As baterias de Chumbo-Ácido (Pb) são geralmente compostas por eletrodos de chumbo e dióxido de chumbo, imersos em um eletrólito líquido com uma concentração de ácido sul- fúrico [16]. Elas são muito utilizadas em veículos automotores para impulsionar arranque aos motores e levar a combustão, pois possuem baixa taxa de autodescarga e suportam picos de corrente. São produzidas desde a década de 70 e apresentam baixo custo e com- plexidade. No entanto, possuem pequena densidade de energia, pouco ciclos para carga e descarga, além do alto risco de acidente ambiental, como vazamentos.
2.6.3 Baterias de Níquel Metal-Hidreto
As baterias de Níquel Metal-Hidreto (NiMH) foram desenvolvidas em 1989, com ca- racterísticas operacionais semelhantes as baterias de NiCd, mas com uma densidade de energia maior. Com a substituição do Cádmio, alguns problemas ambientais foram solu- cionados. Todavia, apresentam desvantagens que as tornam uma opção menos procurada quando comparadas a outras baterias, ou seja, vida útil de uso contínuo limitada, e ci- ência reduzida para médias e altas correntes de descarga, elevada taxa de autodescarga e um custo de mercado elevado. Elas são muito empregadas como fonte de energia para notebooks.
2.6.4 Baterias Alcalinas Recarregáveis
Criadas no ano de 1992, as baterias alcalinas recarregáveis foram desenvolvidas devido ao baixo custo. Embora sua densidade de energia inicial seja superior as baterias de NiCd, seu tempo de vida é rapidamente diminuído. Após algumas descargas a densidade de energia e o ciclo de vida são comprometidos, por exemplo, após 10 ciclos a densidade é reduzida pela metade. Além disso, seu descarte é altamente prejudicial ao meio ambiente, pois alguns modelos utilizam elementos tóxicos na sua composição. É muito explorada como fonte de energia para rádios portáteis, lanternas e brinquedos.
2.6.5 Baterias de Lítio
O Lítio (Li) se destaca como o mais leve de todos os metais e possui um grande potencial eletroquímico. Observa-se, (cf. Figura 2.4) que a utilização do Lítio cresceu
Capítulo 2. Revisão Bibliográ ca 19 com os anos, o que ocorreu também no seu uso em baterias, aumentando 22% entre os anos de 2000 e 2008. A América do Sul foi responsável por 60% da produção mundial de Lítio em 2008, seguido pela Austrália e China, que produziram juntas 30% do total [41].
Figura 2.4: Aplicações do Consumo de Lítio [41]. Baterias de Lítio-Íon
As baterias de Lítio Íon (Li-Ion) começaram a ser comercializadas a partir da década de 90 e apresentam um ciclo de vida, aproximadamente, duas vezes maior que as baterias de níquel e cádmio [16]. Por outro lado, são mais caras e sensíveis aos efeitos da corrente de descarga, exigindo cuidados para evitar acidentes em virtude dos riscos de explosão. Neste tipo de baterias são aplicados apenas íons de Lítio, presentes no eletrólito na forma de sais de Lítio dissolvidos em solventes não aquosos. Em geral, os eletrodos são formados por compostos de intercalação. Há uma conciliação de um potencial negativo de ânodos de inserção de íons de Lítio com um alto potencial associado ao cátodo de inserção de Lítio [29]. Cabe destacar que as baterias de Lítio Íon são muito utilizadas como fonte de energia de notebooks, tablets, smartphones e celulares.
Baterias de Lítio-Íon Polímero
As baterias de Lítio Íon Polímero (Li-Po) são uma tecnologia emergente [27], lançadas em 1999, que podem apresentar espessura inferior a 1 mm. Elas são a versão mais mo- derna da bateria de Li-Ion e possuem um desempenho semelhante. O polímero seco facilita a fabricação, segurança e permite geometrias de per l no. Como também, tem maior resistência à sobrecarga e menor possibilidade de vazamento do eletrólito [39]. Já suas desvantagens são problemas para gestão interna de temperatura, alto custo de produção, densidade de energia relativamente menor e contagem de ciclo diminuída quando compa- rada às baterias de Lítio Íon. São amplamente utilizadas em diversos tipos de dispositivos
Capítulo 2. Revisão Bibliográ ca 20 móveis, como notebooks, tablets e smartphones. Cabe destacar que este trabalho utiliza baterias de Li-Po nos experimentos da plataforma de testes para coleta de dados, pois está alinhado as tendências por energia da nova geração de dispositivos móveis.
Como demonstrado nesta seção, ao longo dos anos as baterias estão em constante aperfeiçoamento para atender a demanda por energia. Através da modelagem matemática para a predição do tempo de vida das baterias, é possível encontrar alternativas para maximizar a e ciência e a duração das baterias.