Uma Comparação Dos Tipos Mais Comuns de Baterias Para Veículos Automotores, Elétricos e Armazenamento De Energia

A Diferença Entre Baterias De Célula De Combustível De Hidrogênio, De Íon-Lítio,  De Chumbo-Ácido E  De Chumbo-Carbono

 Prof. Aécio D’Silva, Ph.D. e Equipe
AquaUniversity

Baterias são dispositivos que armazenam e fornecem energia elétrica convertendo energia química em energia elétrica. Elas são amplamente utilizadas para diversas aplicações, como veículos elétricos, armazenamento de energia e energia de reserva. No entanto, nem todas as baterias são iguais. Existem diferentes tipos de baterias, cada uma com suas vantagens e desvantagens, dependendo da química, do design e do desempenho. Sendo Belo Jardim o home dos Acumuladores Moura S.A, dos visionários Dr. Edson, Dra. Conceicao Moura e Família, todos um orgulho para todo o Brasil, nesta postagem de Inteligência Colaborativa, compararemos quatro dos tipos mais comuns de baterias: célula a combustível de hidrogênio,  de íon-lítio,  de chumbo-ácido e de chumbo-carbono. Explicaremos como funcionam, quais são os seus benefícios e desafios, e quais são as suas perspectivas e barreiras.

As baterias são essenciais para a transição para um futuro sustentável e de baixo carbono, pois podem permitir a utilização de fontes de energia renováveis, como a energia solar e eólica, e reduzir a dependência de combustíveis fósseis, como a gasolina e o diesel. No entanto, escolher o tipo certo de bateria para uma aplicação específica pode ser um desafio, pois há muitos factores a considerar, tais como custo, eficiência, vida útil, segurança e impacto ambiental. Aqui estão alguns dos tipos mais comuns e como eles se comparam nestes aspectos:

1 – Baterias de células de combustível de hidrogênio

As baterias de células de combustível de hidrogênio, também conhecidas simplesmente como células de combustível, são dispositivos que convertem a energia química do hidrogênio em eletricidade por meio de uma reação eletroquímica com o oxigênio. Ao contrário das baterias convencionais que armazenam energia, as células de combustível de hidrogénio produzem electricidade continuamente enquanto o combustível é fornecido.

Como funcionam as células de combustível de hidrogênio:

Assim como as baterias, as células de combustível são dispositivos que convertem a energia armazenada nas moléculas em eletricidade através de uma reação eletroquímica. Composta por dois eletrodos – um ânodo e um cátodo – separados por uma membrana eletrolítica, uma célula a combustível de hidrogênio típica funciona da seguinte forma:

O hidrogênio entra na célula de combustível através do ânodo, onde os átomos de hidrogênio reagem com um catalisador, dividindo-se em elétrons e prótons. Enquanto isso, o oxigênio do ar circundante entra pelo cátodo.

Os prótons carregados positivamente migram através da membrana eletrolítica porosa até o cátodo, enquanto os elétrons carregados negativamente fluem para fora da célula, gerando uma corrente elétrica. Esta corrente pode ser utilizada para alimentar vários sistemas, como propulsão elétrica ou elétrica híbrida.

No cátodo, os prótons, os elétrons e o oxigênio do ar se combinam para formar água, que é o único subproduto, tornando o processo ecologicamente correto.

Uma célula de membrana de troca de prótons (PEM) utiliza gás hidrogênio e gás oxigênio como combustível.

Devido à natureza eletroquímica do processo, as células a combustível são consideradas uma fonte de energia limpa, principalmente quando utilizam hidrogênio puro, por serem isentas de carbono. As vantagens adicionais incluem:

Geração contínua de eletricidade enquanto a fonte de combustível (hidrogênio) for fornecida, ao contrário das baterias que requerem recarga.

Escalabilidade através do empilhamento de células de combustível individuais para formar sistemas maiores capazes de produzir mais energia. Isso permite aplicações versáteis que vão desde instalações de pequena escala até instalações de vários megawatts. Operação silenciosa e altamente confiável, pois as células de combustível não possuem peças móveis.

Benefícios das células de combustível de hidrogênio:

• Emissões Zero: O único subproduto de uma célula a combustível de hidrogênio é a água, tornando-a uma fonte de energia limpa com zero emissões de carbono durante a operação.
• Alta Eficiência: As células de combustível podem converter a energia química do hidrogênio em energia elétrica com alta eficiência, muitas vezes superior à dos motores de combustão interna.
• Segurança Energética: O hidrogénio pode ser produzido a partir de uma variedade de recursos nacionais, reduzindo a dependência de combustíveis importados.
• Reabastecimento rápido: As células de combustível de hidrogênio podem ser reabastecidas em questão de minutos, assim como os veículos a gasolina tradicionais, oferecendo conveniência em relação aos veículos elétricos a bateria que exigem tempos de carregamento mais longos.

Desafios das células de combustível de hidrogênio:

• Custo: A produção de células de combustível de hidrogénio é actualmente cara, em parte devido à utilização de materiais raros como a platina para o catalisador.
• Infra-estruturas: Existe uma falta de infra-estruturas de reabastecimento de hidrogénio, o que é essencial para a adopção generalizada de veículos com pilhas de combustível a hidrogénio.
• Produção de Hidrogénio: A maior parte do hidrogénio é actualmente produzida a partir de gás natural, o que pode anular alguns benefícios ambientais. No entanto, estão a ser desenvolvidos métodos de produção de hidrogénio verde.
• Armazenamento e Transporte: O hidrogénio tem uma baixa densidade volumétrica de energia, o que torna difícil o seu armazenamento e transporte eficiente.

As células de combustível de hidrogênio são uma grande promessa para uma série de aplicações, desde a alimentação de veículos até o fornecimento de eletricidade para residências e empresas. À medida que a tecnologia avança e os custos diminuem, estes poderão desempenhar um papel significativo na transição para um futuro energético limpo. [1, 2]

2 – Baterias de íon-lítio

As baterias de íon-lítio são o tipo de bateria mais popular e avançado, especialmente para veículos elétricos e armazenamento de energia como os sistemas para energia solar. As baterias de íon-lítio utilizam o lítio, um metal com alta densidade de energia e baixo peso, como principal material para eletrodos e eletrólitos. As baterias de íon de lítio podem oferecer alta potência, longo alcance, carregamento rápido e baixa manutenção, em comparação com outros tipos de baterias.

Como funcionam as baterias de íon de lítio

Uma bateria de íons de lítio consiste em quatro componentes principais: um eletrodo positivo (cátodo), um eletrodo negativo (ânodo), um eletrólito e um separador. O cátodo é geralmente feito de um óxido metálico, como óxido de lítio-cobalto ou fosfato de ferro-lítio, enquanto o ânodo é geralmente feito de grafite ou silício. O eletrólito é um líquido ou gel que contém íons de lítio, que são os portadores de carga. O separador é uma membrana fina que evita que os eletrodos se toquem e causem curto-circuito.

Quando a bateria está carregando, uma fonte de energia externa força os íons de lítio a se moverem do cátodo para o ânodo, onde são armazenados nos espaços entre os átomos do material do ânodo. Este processo é chamado de intercalação. Quando a bateria está descarregando, acontece o contrário: os íons de lítio passam do ânodo para o cátodo, onde reagem com o material do cátodo e liberam elétrons. Os elétrons fluem através de um circuito externo até a carga, como um motor ou uma luz, criando uma corrente elétrica. Este processo é chamado de desintercalação.

Os benefícios e desafios das baterias de íons de lítio

As baterias de íons de lítio apresentam vários benefícios e desafios, em comparação com outros tipos de baterias. Aqui estão alguns deles:

Benefícios

• Alta densidade de energia: As baterias de íons de lítio podem armazenar mais energia por unidade de peso e volume do que outros tipos de baterias, como baterias de chumbo-ácido ou níquel-hidreto metálico. Isso significa que as baterias de íons de lítio podem oferecer tempos de execução e alcances mais longos, e tamanhos e pesos menores, para a mesma quantidade de energia. Por exemplo, uma bateria típica de íons de lítio para um carro elétrico pode armazenar cerca de 250 watts-hora por quilograma, enquanto uma bateria típica de chumbo-ácido pode armazenar apenas cerca de 30 watts-hora por quilograma .
• Alta eficiência: As baterias de íons de lítio podem converter até 90% da energia armazenada em eletricidade utilizável, em comparação com cerca de 70% das baterias de chumbo-ácido.

Isto significa que as baterias de iões de lítio podem fornecer mais potência e reduzir as perdas de energia, com a mesma quantidade de entrada de energia. Por exemplo, uma bateria típica de íons de lítio para um carro elétrico pode ter uma eficiência de cerca de 85%, enquanto uma bateria típica de chumbo-ácido pode ter uma eficiência de cerca de 50%.

• Carregamento rápido: As baterias de íons de lítio podem ser carregadas mais rapidamente do que outros tipos de baterias, como baterias de chumbo-ácido ou níquel-hidreto metálico. Isso significa que as baterias de íons de lítio podem reduzir o tempo de inatividade e aumentar a disponibilidade dos dispositivos ou sistemas que as utilizam. Por exemplo, uma bateria típica de íons de lítio para um carro elétrico pode ser carregada até 80% de sua capacidade em cerca de 30 minutos, enquanto uma bateria típica de chumbo-ácido pode levar várias horas para atingir o mesmo nível.
• Baixa manutenção: As baterias de íons de lítio não requerem manutenção regular, como irrigação, equalização ou dessulfatação , ao contrário de outros tipos de baterias, como baterias de chumbo-ácido ou níquel-hidreto metálico. Isto significa que as baterias de iões de lítio podem reduzir os custos operacionais e de manutenção e aumentar a fiabilidade e durabilidade dos dispositivos ou sistemas que as utilizam. Por exemplo, uma bateria típica de íons de lítio para um carro elétrico pode durar cerca de 10 anos ou 320.000 quilômetros, enquanto uma bateria típica de chumbo-ácido pode durar cerca de 3 anos ou 30.000 milhas.

Desafios

• Alto custo: As baterias de íon-lítio ainda são mais caras do que outros tipos de baterias, como baterias de chumbo-ácido ou níquel-hidreto metálico, devido ao alto custo das matérias-primas, como lítio e cobalto, e à complexa fabricação processos. Isso significa que as baterias de íon-lítio podem aumentar os custos iniciais e totais dos dispositivos ou sistemas que as utilizam. Por exemplo, uma bateria típica de íons de lítio para um carro elétrico pode custar cerca de US$ 10.000, enquanto uma bateria típica de chumbo-ácido pode custar cerca de US$ 1.000.
• Riscos de segurança: As baterias de íons de lítio apresentam alguns riscos de segurança, devido à alta densidade de energia e à inflamabilidade do eletrólito, que pode causar superaquecimento, incêndio ou explosão, se a bateria estiver danificada, sobrecarregada ou em curto-circuito. Isto significa que as baterias de iões de lítio requerem um manuseamento, monitorização e proteção cuidadosos para prevenir e mitigar estes riscos. Por exemplo, uma bateria típica de íons de lítio para um carro elétrico pode apresentar fuga térmica, que é uma reação em cadeia de geração de calor e liberação de gás, se a bateria for perfurada, esmagada ou exposta a altas temperaturas.
• Impactos ambientais: As baterias de iões de lítio têm alguns impactos ambientais, dependendo da fonte e do método de produção, utilização e eliminação das baterias. Alguns desses impactos são:
• A extracção e processamento de matérias-primas, como o lítio e o cobalto, podem causar degradação dos solos, poluição da água e violações dos direitos humanos nos países onde são extraídas, como o Chile, a China e a República Democrática do Congo.
• A fabricação e o transporte de baterias podem consumir grandes quantidades de energia e emitir gases de efeito estufa, que podem causar efeitos ambientais. Por exemplo, uma bateria típica de iões de lítio para um carro eléctrico pode ter uma pegada de carbono de cerca de 150 quilogramas de dióxido de carbono equivalente por quilowatt-hora de capacidade.
• O descarte e a reciclagem das baterias podem gerar resíduos e poluição, se não forem manuseadas adequadamente. Por exemplo, uma bateria típica de iões de lítio para um carro elétrico pode conter materiais tóxicos e perigosos, como lítio, cobalto, níquel e manganês, que podem infiltrar-se no solo e na água, se a bateria for depositada em aterro ou incinerada. [3]

3 – Baterias de chumbo-ácido

Em 1859, o Francês Gaston Planté inventou a bateria de chumbo-ácido, que continua sendo um dos mais antigos sistemas químicos de armazenamento de energia elétrica até hoje. É o tipo de bateria mais utilizado, especialmente para aplicações automotivas e industriais. As baterias de chumbo-ácido utilizam o chumbo, metal de alta condutividade elétrica e baixo custo, como principal material dos eletrodos e do eletrólito. As baterias de chumbo-ácido podem oferecer alta potência, baixo custo e longa vida útil, em comparação com outros tipos de baterias.

As baterias de chumbo-ácido também são os tipos de baterias recarregáveis mais amplamente utilizados. Eles são comumente usados em veículos, fontes de alimentação de reserva e outras aplicações que exigem altos valores de corrente de carga. Essas baterias são compostas de placas de chumbo e uma solução eletrolítica de ácido sulfúrico e água. Quando a bateria está carregada, o ácido sulfúrico reage com as placas de chumbo para formar sulfato de chumbo e água. Quando a bateria está descarregada, o sulfato de chumbo é convertido novamente em chumbo e ácido sulfúrico e libera elétrons.

Tipos de Baterias de tecnologia automotiva de chumbo-ácido

As duas baterias de tecnologia automotiva de chumbo-ácido mais comuns atualmente são: as baterias de célula úmida padrão e as baterias de tapete de vidro absorvido (AGM) .

Ambos os tipos de baterias utilizam tecnologia de chumbo-ácido, o que significa que possuem placas de chumbo imersas em uma solução eletrolítica de ácido sulfúrico e água. No entanto, eles diferem no design e no desempenho das baterias.

A tecnologia de baterias de células úmidas padrão

As baterias de célula úmida padrão, também chamadas de baterias inundadas, convencionais ou SLI (partida, luzes, ignição), possuem eletrólito líquido que preenche o espaço entre as placas. Essas baterias são baratas e confiáveis, mas apresentam algumas desvantagens, como:

• Baixa densidade de energia: Podem armazenar menos energia por unidade de peso e volume do que outros tipos de baterias, como baterias de íons de lítio ou AGM. Isso significa que eles são mais pesados e volumosos para a mesma quantidade de energia.
• Baixa eficiência: Podem converter apenas cerca de 70% da energia armazenada em eletricidade utilizável, em comparação com cerca de 90% para baterias de iões de lítio ou AGM. Isso significa que eles desperdiçam mais energia e exigem mais carga.
• Alta manutenção: Eles exigem manutenção regular, como irrigação, equalização ou dessulfatação , para evitar que o eletrólito evapore, estratifique ou sulfate. Isso significa que eles precisam de mais atenção e cuidados para mantê-los em boas condições.
• Impactos ambientais: Podem derramar ou vazar eletrólito, que é corrosivo e tóxico, se a bateria estiver danificada, sobrecarregada ou tombada. Isso significa que representam um risco ao meio ambiente e à saúde humana.

A tecnologia de baterias de tapete de vidro absorvido (AGM)

As baterias de esteira de vidro absorvente, ou baterias AGM, possuem um separador especial de esteira de vidro que absorve o eletrólito e o mantém em contato com as placas. Essas baterias são uma alternativa livre de manutenção às baterias de célula úmida padrão e apresentam algumas vantagens, como:

• Alta densidade de energia: Podem armazenar mais energia por unidade de peso e volume do que as baterias de célula úmida padrão, mas menos do que as baterias de íons de lítio. Isso significa que eles são mais leves e menores para a mesma quantidade de energia.
• Alta eficiência: Podem converter até 90% da energia armazenada em eletricidade utilizável, semelhante às baterias de íons de lítio. Isso significa que eles fornecem mais potência e reduzem as perdas de energia.
• Baixa manutenção: Não requerem manutenção regular, como irrigação, equalização ou dessulfatação , ao contrário das baterias de célula úmida padrão. Isso significa que eles são fáceis e convenientes de usar e operar.
• Segurança e durabilidade: Elas podem suportar altas temperaturas, vibrações, choques e descargas profundas, melhor do que as baterias de célula úmida padrão. Eles também apresentam menor risco de derramamento ou vazamento do eletrólito contido na manta de vidro. Isso significa que eles são mais seguros e confiáveis para diversas aplicações.

A tecnologia de bateria de gel

Uma bateria de gel de chumbo-ácido é um tipo de bateria de chumbo-ácido onde o eletrólito, em vez de ser líquido, está na forma de um gel. O eletrólito em gel é criado pela adição de um agente gelificante, como a sílica, à solução eletrolítica de ácido sulfúrico, que o imobiliza e evita que ele derrame mesmo se a caixa da bateria estiver danificada ou rachada. Este design torna as baterias de gel mais seguras e mais resistentes a vibrações e choques em comparação com as tradicionais baterias de chumbo-ácido inundadas. As baterias de gel são comumente usadas em aplicações onde a operação livre de manutenção e maior segurança são desejadas, como em fontes de alimentação ininterruptas (UPS), sistemas de iluminação de emergência e sistemas de armazenamento de energia renovável.

Benefícios:

• Operação livre de manutenção: As baterias de gel não requerem manutenção regular, como verificação e recarga dos níveis de eletrólitos, tornando-as convenientes para os usuários.
• Maior segurança: O eletrólito em gel imobiliza o eletrólito, reduzindo o risco de derramamentos, mesmo se a bateria estiver danificada ou tombada.
• Resistência à vibração: As baterias de gel são mais resistentes a vibrações e choques em comparação com as baterias de chumbo-ácido inundadas, tornando-as adequadas para uso em aplicações móveis e fora da rede.
• Versatilidade: As baterias de gel podem ser usadas em várias aplicações, incluindo sistemas de energia de backup, armazenamento de energia renovável, iluminação de emergência e aplicações marítimas.
• Capacidade de descarga profunda: As baterias de gel podem suportar descargas profundas sem danos significativos, tornando-as adequadas para aplicações cíclicas.

Desafios:

• Eficiência de carregamento limitada: As baterias de gel normalmente têm menor eficiência de carregamento em comparação com as baterias de chumbo-ácido inundadas, o que pode resultar em tempos de carregamento mais longos e menor eficiência energética.
• Custo mais alto: As baterias de gel tendem a ser mais caras do que as baterias de chumbo-ácido inundadas, o que pode afetar sua acessibilidade para alguns usuários.
• Sensibilidade à temperatura: As baterias de gel são sensíveis a altas temperaturas, o que pode degradar seu desempenho e reduzir sua vida útil se não forem gerenciadas adequadamente.
• Prazo de validade limitado: As baterias de gel têm uma vida útil mais curta em comparação com alguns outros tipos de baterias, especialmente se forem armazenadas a altas temperaturas ou sujeitas a descargas profundas frequentes.
• Menor densidade de energia: As baterias de gel têm menor densidade de energia em comparação com algumas outras químicas de bateria, o que significa que podem exigir mais espaço e peso para uma determinada capacidade de armazenamento de energia.

Como funcionam as baterias de chumbo-ácido

Uma bateria de chumbo-ácido consiste em quatro componentes principais: um eletrodo positivo (cátodo), um eletrodo negativo (ânodo), um eletrólito e um separador. O cátodo geralmente é feito de dióxido de chumbo, enquanto o ânodo geralmente é feito de chumbo. O eletrólito é uma solução de ácido sulfúrico e água, que fornece o meio para reações químicas. O separador é uma membrana fina que evita que os eletrodos se toquem e causem curto-circuito.

Quando a bateria está sendo carregada, uma fonte de energia externa força o chumbo e o dióxido de chumbo a reagirem com o ácido sulfúrico, formando sulfato de chumbo e água. Este processo é chamado de sulfatação. Quando a bateria está descarregando, acontece o contrário: o sulfato de chumbo e a água reagem entre si, formando chumbo e dióxido de chumbo e liberando elétrons. Os elétrons fluem através de um circuito externo para a carga, como uma partida ou uma luz, criando uma corrente elétrica. Este processo é chamado de dessulfatação .

Os benefícios e desafios das baterias de chumbo-ácido

As baterias de chumbo-ácido apresentam vários benefícios e desafios, em comparação com outros tipos de baterias. Aqui estão alguns deles:

Benefícios

• Alta potência: As baterias de chumbo-ácido podem fornecer correntes elevadas e potência de pico elevada, em comparação com outros tipos de baterias, como baterias de iões de lítio ou de níquel-hidreto metálico. Isso significa que as baterias de chumbo-ácido podem fornecer a energia necessária para aplicações que exigem alta potência, como dar partida no motor de um carro ou operar uma empilhadeira. Por exemplo, uma bateria típica de chumbo-ácido para um carro pode fornecer cerca de 500 amperes de corrente, enquanto uma bateria típica de íons de lítio para um carro pode fornecer cerca de 200 amperes de corrente.
• Baixo custo: As baterias de chumbo-ácido são mais baratas que outros tipos de baterias, como baterias de íon-lítio ou níquel-hidreto metálico, devido ao baixo custo das matérias-primas, como chumbo e ácido sulfúrico, e aos processos de fabricação simples . Isso significa que as baterias de chumbo-ácido podem reduzir os custos iniciais e totais dos dispositivos ou sistemas que as utilizam. Por exemplo, uma bateria típica de chumbo-ácido para um carro pode custar cerca de US$ 100, enquanto uma bateria típica de íons de lítio para um carro pode custar cerca de US$ 1.000.
• Longa vida útil: As baterias de chumbo-ácido podem durar mais do que outros tipos de baterias, como baterias de íon-lítio ou de níquel-hidreto metálico, se forem mantidas e usadas adequadamente. Isso significa que as baterias de chumbo-ácido podem aumentar a confiabilidade e durabilidade dos dispositivos ou sistemas que as utilizam. Por exemplo, uma bateria típica de chumbo-ácido para um carro pode durar cerca de 5 anos ou 50.000 milhas, enquanto uma típica bateria de íons de lítio para um carro pode durar cerca de 3 anos ou 30.000 milhas.
• Reciclabilidade: As baterias de chumbo-ácido são altamente recicláveis, em comparação com outros tipos de baterias, como as baterias de íon-lítio ou de níquel-hidreto metálico, que são mais difíceis e caras de reciclar. Isso significa que as baterias de chumbo-ácido podem reduzir o impacto ambiental e a geração de resíduos dos dispositivos ou sistemas que as utilizam. Por exemplo, cerca de 99% do chumbo nas baterias de chumbo-ácido pode ser recuperado e reutilizado, enquanto apenas cerca de 50% do lítio nas baterias de iões de lítio pode ser recuperado e reutilizado.

Desafios

• Baixa densidade de energia: As baterias de chumbo-ácido podem armazenar menos energia por unidade de peso e volume do que outros tipos de baterias, como baterias de íon-lítio ou de níquel-hidreto metálico. Isso significa que as baterias de chumbo-ácido são mais pesadas e volumosas para a mesma quantidade de energia. Por exemplo, uma bateria típica de chumbo-ácido para um carro pode pesar cerca de 40 libras e ocupar cerca de 0,5 pés cúbicos, enquanto uma típica bateria de íons de lítio para um carro pode pesar cerca de 20 libras e ocupar cerca de 0,2 pés cúbicos.
• Baixa eficiência: As baterias de chumbo-ácido podem converter apenas cerca de 70% da energia armazenada em eletricidade utilizável, em comparação com cerca de 90% das baterias de iões de lítio ou de níquel-hidreto metálico. Isto significa que as baterias de chumbo-ácido desperdiçam mais energia e requerem mais carga. Por exemplo, uma bateria típica de chumbo-ácido para um carro pode ter uma eficiência de cerca de 50%, enquanto uma bateria típica de íons de lítio para um carro pode ter uma eficiência de cerca de 85%.
• Alta manutenção: As baterias de chumbo-ácido requerem manutenção regular, como adicionar água destilada às células para repor a água perdida durante o carregamento, equalizar a carga das células para evitar a sulfatação e dessulfatar as placas para remover os cristais de sulfato de chumbo. Isso significa que as baterias de chumbo-ácido precisam de mais atenção e cuidados para mantê-las em boas condições. Por exemplo, uma bateria típica de chumbo-ácido para um carro deve ser verificada e reparada a cada 3 meses, enquanto uma bateria típica de íons de lítio para um carro não precisa de manutenção.
• Impacto ambiental: As baterias de chumbo-ácido podem causar danos ambientais e perigos para a saúde se não forem manuseadas, utilizadas ou eliminadas adequadamente. Isto significa que as baterias de chumbo-ácido precisam de seguir regulamentos e normas rigorosas para prevenir e mitigar estes riscos. Por exemplo, baterias de chumbo-ácido podem derramar ou vazar eletrólito, que é corrosivo e tóxico, se a bateria estiver danificada, sobrecarregada ou tombada. O eletrólito pode causar queimaduras, irritação ou envenenamento em humanos e animais, além de contaminar o solo e a água. As baterias de chumbo-ácido também podem emitir gás hidrogênio, que é inflamável e explosivo, se a bateria estiver sobrecarregada ou exposta a altas temperaturas. O gás hidrogênio pode causar incêndio ou explosão, e também pode formar aerossóis de ácido sulfúrico, que podem causar problemas respiratórios.[4]

4 – Baterias com Tecnologia Chumbo-Carbono (PbC)

As baterias de chumbo-carbono são um tipo avançado de bateria de chumbo-ácido que incorpora material de carbono nos eletrodos negativos. Esta integração melhora o desempenho da bateria e aborda algumas das limitações das baterias tradicionais de chumbo-ácido.

O que é uma bateria de chumbo-carbono?

Uma bateria de chumbo-carbono é essencialmente um híbrido que combina a alta capacidade de armazenamento de energia de uma bateria de chumbo-ácido com a natureza altamente capacitiva de um supercapacitor.

Essa combinação permite melhores taxas de carga e descarga, melhor vida útil e maior eficiência. [5]

Como funcionam as baterias de chumbo-carbono:

Durante anos, os cientistas entenderam que o acúmulo de sulfato dificulta a capacidade da bateria tradicional de chumbo-ácido de manter um desempenho consistente. A carga parcial e o envelhecimento agravam esse problema, pois não conseguem limpar adequadamente a placa de chumbo negativa. Para enfrentar esse desafio, baterias avançadas de chumbo-carbono (ALC) integram carbono na placa negativa (cátodo). Essa transformação efetivamente converte a bateria em um supercapacitor quase assimétrico, aprimorando suas capacidades de carga e descarga.

Na realidade, a adição de carbono às placas negativas da bateria ajuda a criar uma matriz mais robusta e condutora. Esta presença de carbono reduz a sulfatação que normalmente ocorre durante os ciclos de carga e descarga, que é um ponto de falha comum em baterias de chumbo-ácido padrão. O carbono também melhora a reação eletroquímica, permitindo uma transferência de energia mais rápida e eficiente.

Benefícios das baterias de chumbo-carbono:

• Ciclo de vida estendido: Possuem vida útil mais longa em comparação com baterias tradicionais de chumbo-ácido devido à sulfatação reduzida.
• Melhor aceitação de carga: As baterias de chumbo-carbono podem ser carregadas de forma mais rápida e eficiente.
• Desempenho aprimorado: Eles oferecem melhor desempenho, especialmente em condições de estado de carga parcial ( PSoC ), o que é benéfico para aplicações com ciclos frequentes de carga e descarga.
• Resiliência Ambiental: Estas baterias são mais resistentes a condições e temperaturas ambientais variáveis. [6]

Desafios das baterias de chumbo-carbono:

• Custo: Embora ofereçam muitas vantagens, as baterias de chumbo-carbono são geralmente mais caras do que as baterias de chumbo-ácido padrão devido aos materiais adicionais e aos processos de fabricação envolvidos.
• Peso: Como todas as baterias à base de chumbo, as baterias de chumbo-carbono são pesadas, o que pode ser uma desvantagem em aplicações móveis.
• Tecnologia Emergente: Sendo uma tecnologia relativamente nova, as baterias de chumbo-carbono podem não ter o mesmo nível de aceitação no mercado e histórico comprovado que outras tecnologias de baterias mais estabelecidas.

No geral, as baterias de chumbo-carbono representam um avanço significativo na tecnologia de baterias, oferecendo uma combinação de capacidade de armazenamento de energia e capacidade de liberação rápida de energia. Eles são particularmente adequados para aplicações que exigem uma fonte de energia durável e confiável, capaz de lidar com ciclos de carga frequentes e variados.

Concluindo, as baterias são dispositivos que armazenam e fornecem energia elétrica, convertendo energia química em energia elétrica. As baterias são amplamente utilizadas para diversas aplicações, como veículos, armazenamento de energia e energia de reserva. No entanto, nem todas as baterias são iguais. Existem diferentes tipos de baterias, cada uma com suas vantagens e desvantagens, dependendo da química, do design e do desempenho. Nesta postagem do blog, comparamos quatro dos tipos mais comuns de baterias: baterias de célula de combustível de hidrogênio, baterias de íon-lítio, baterias de chumbo-ácido e baterias de chumbo-carbono. Explicamos como funcionam, quais são os seus benefícios e desafios, e quais são as suas perspectivas e barreiras.

As baterias de célula de combustível de hidrogênio são um tipo de veículo elétrico que utiliza hidrogênio como combustível para gerar eletricidade a bordo, por meio de um dispositivo denominado célula de combustível. As baterias de células de combustível de hidrogênio têm várias vantagens em relação aos carros convencionais a gasolina ou aos carros elétricos a bateria, como zero emissões de escapamento, alta eficiência, longo alcance e reabastecimento rápido. No entanto, as baterias de células de combustível de hidrogénio também enfrentam algumas barreiras e riscos, tais como custos elevados, infraestruturas limitadas, preocupações de segurança e impactos ambientais.

As baterias de íon-lítio são o tipo de bateria mais popular e avançado, especialmente para veículos elétricos e armazenamento de energia. As baterias de íon-lítio utilizam o lítio, um metal com alta densidade de energia e baixo peso, como principal material para eletrodos e eletrólitos. As baterias de íon de lítio podem oferecer alta potência, longo alcance, carregamento rápido e baixa manutenção, em comparação com outros tipos de baterias. No entanto, as baterias de iões de lítio também enfrentam alguns desafios e incertezas, tais como custos elevados, riscos de segurança e impactos ambientais.

As baterias de chumbo-ácido são o tipo de bateria mais antigo e mais utilizado, especialmente para aplicações automotivas e industriais. As baterias de chumbo-ácido utilizam o chumbo, metal de alta condutividade elétrica e baixo custo, como principal material dos eletrodos e do eletrólito. As baterias de chumbo-ácido podem oferecer alta potência, baixo custo e longa vida útil, em comparação com outros tipos de baterias. No entanto, as baterias de chumbo-ácido também apresentam algumas desvantagens e limitações, como baixa densidade energética, baixa eficiência, alta manutenção e impactos ambientais.

As baterias de chumbo-carbono representam um avanço significativo na tecnologia de baterias, oferecendo uma combinação de capacidade de armazenamento de energia e capacidade de liberação rápida de energia. Eles são particularmente adequados para aplicações que exigem uma fonte de energia durável e confiável, capaz de lidar com ciclos de carga frequentes e variados.

As baterias são essenciais para a transição para um futuro sustentável e de baixo carbono, pois podem permitir a utilização de fontes de energia renováveis, como a energia solar e eólica, e reduzir a dependência de combustíveis fósseis, como a gasolina e o diesel. No entanto, escolher o tipo certo de bateria para uma aplicação específica pode ser um desafio, pois há muitos factores a considerar, tais como custo, eficiência, vida útil, segurança e impacto ambiental. Por conseguinte, é importante comparar e avaliar os diferentes tipos de baterias e considerar os seus benefícios e desafios, perspetivas e barreiras, bem como compromissos e sinergias. As baterias são a chave para criar um futuro mais sustentável e inclusivo para a energia e a mobilidade.

Referências:

[1] https://www.airbus.com/en/newsroom/news/2020-10-hydrogen-fuel-cells-explained

[2] https://afdc.energy.gov/vehicles/how-do-fuel-cell-electric-cars-work.

[3] https://energytheory.com/lead-acid-vs-lithium-ion-batteries/

[4]https://www.electricity-magnetism.org/electric-battery/advantages-and-disadvantages-of-lead-acid-batteries/ .

[5] https://www.bravabatteries.com/lead-carbon-battery-technology/ .

[6]https://www.adapter-chargers.com/lead-carbon-batteries-the-future-of-energy-storage-explained/.