Se você olhou na sua gaveta de utilidade ultimamente, deve ter notado as várias formas, tamanhos e tipos de baterias que alimentam seus dispositivos eletrônicos. Primeiro, existem as células de botão redondas e não recarregáveis para seus relógios e itens pequenos. Há também as populares baterias cilíndricas AA e AAA para calculadoras, relógios e controles remotos. Então você tem as baterias recarregáveis de íon de lítio em seus laptops e telefones. E não se esqueça da bateria de chumbo-ácido no seu carro.
As primeiras baterias foram feitas no século XIX e eram bastante simples. Uma das primeiras manifestações foi uma série de discos de metal embebidos em salmoura, que o cientista italiano Alessandro Volta encontrou criou uma corrente elétrica. A primeira bateria de chumbo-ácido foi feita de alguns pedaços de chumbo em um pote de ácido sulfúrico. As versões modernas não são tão diferentes. Eles são apenas mais fáceis de fabricar e conter vários aditivos para melhorar o desempenho.
Em todos os casos, as baterias têm o desempenho da mesma maneira: uma diferença de tensão entre dois eletrodos diferentes produz uma corrente elétrica, que pode ser descarregada para alimentar um dispositivo. As baterias recarregáveis podem reverter essa corrente para carregar novamente. Dentro da bateria, a corrente elétrica é acompanhada pelo fluxo de íons através de um líquido, o eletrólito.
A passagem de cada elétron na corrente é acompanhada pelo transporte de um íon através do eletrólito. Os eletrodos que podem armazenar mais íons levam a baterias que podem manter mais carga e, portanto, duram mais com uma única carga. Os eletrodos projetados para armazenamento de íons mais rápidos levam a baterias que podem descarregar mais rapidamente, para aplicações de alta potência. Por fim, ser capaz de carregar e descarregar muitas vezes sem degradar leva a baterias com longa vida útil.
Baterias de chumbo-ácido
A bateria de chumbo-ácido foi a primeira bateria recarregável inventada em 1859 por Gaston Plante, que experimentou placas de chumbo em uma solução ácida e descobriu que o fluxo e o armazenamento da corrente elétrica poderiam ser revertidos.
Uma bateria de chumbo-ácido deve ser grande o suficiente para fornecer carga suficiente para iniciar um carro. Também deve ser utilizável em climas frios e durar muitos anos. Como o eletrólito é um ácido corrosivo, o invólucro externo deve ser difícil para proteger as pessoas e as partes do carro contra qualquer dano possível. Sabendo tudo isso, faz sentido que as baterias modernas de ácido chumbo sejam bloqueadas e pesadas.
Baterias alcalinas
Por outro lado, dispositivos domésticos como calculadoras e escalas digitais podem se dar ao luxo de usar baterias menores, porque não exigem muita carga. Estas são baterias alcalinas principalmente não recarregáveis que são usadas há décadas. Os tamanhos das células padronizados são AAAA, AAA, AA, C e D, bem como células de botão e moedas e muitas outras. Os tamanhos estão relacionados à quantidade de carga que eles armazenam - quanto maior a bateria, mais ela mantém - e os tamanhos dos dispositivos que eles alimentam.
Às vezes, você pode encontrar baterias alcalinas vendidas em formas retangulares, como as baterias comuns 9- volt, mas abra o invólucro externo e você descobrirá que elas são simplesmente algumas células cilíndricas conectadas por dentro. As baterias cilíndricas existem há tanto tempo e usadas tão amplamente que simplesmente não faz sentido para as empresas fabricar nada diferente - seria necessário um investimento para alterar suas instalações de fabricação, algo que preferem não fazer.
Baterias de íon de lítio
As baterias de níquel cádmio foram as primeiras baterias recarregáveis amplamente utilizadas para eletrônicos domésticos e eram populares até o final do século XX. Mas eles tiveram suas armadilhas. O cádmio é muito tóxico e as baterias sofreram um "efeito de memória", que diminuiu sua vida útil.
Por muitas décadas, o lítio foi estudado para uso potencial em baterias recarregáveis devido às suas propriedades únicas como um metal leve que armazena muita energia. A Sony comercializou pela primeira vez a bateria de íons de lítio em 1991.
A empresa fabricou células cilíndricas porque essas eram as mais fáceis de fabricar. Na década de 1990, a Sony estava fazendo muitas câmeras e fitas e, portanto, tinha muitos equipamentos para a fabricação de roll-to-roll. Era natural redirecionar esse equipamento para produzir rolos de eletrodos de bateria, feitos por lançando filmes em folhas de cobre ou alumínio e depois rolando -os em um cilindro "Jelly Roll".
O revestimento espesso dessas células cilíndricas é mecanicamente forte e, para adicionar outra camada de segurança, eles têm uma válvula de alívio de pressão. Muito rapidamente, essas células iniciais de íons de lítio assumiram o mercado de eletrônicos portáteis, especialmente para laptops e telefones celulares, porque armazenavam mais energia e duraram mais do que as baterias recarregáveis de níquel-cádmio.
Fatores que moldam as baterias
As baterias são feitas em determinados tamanhos e formas por razões de custo e fabricação, mas em outros casos devido a processos de fabricação herdados. A demanda do mercado também desempenha um papel.
Por exemplo, os veículos elétricos não decolaram até que a Tesla começasse a fazer carros usando células de bateria de íons de lítio cilíndricas em vez da bolsa retangular ou células prismáticas que outros fabricantes de EV usaram. Bolsa e células prismáticas podem ser embaladas em conjunto, mas como as células cilíndricas já estavam sendo produzidas em massa para eletrônicos portáteis, a Tesla foi capaz de produzir VEs de menor custo nos anos 2010.
O que formar e tamanhos as baterias receberão no futuro depende não apenas de quanta energia elas armazenam, mas também da economia de mercado - como é fácil fazer com que cada tipo de célula, quanto custa para fabricá -las e para que são usadas. E esses fatores são uma mistura de inovação e história.