Pilhas e baterias

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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.

Baterias Alcalinas

As pilhas alcalinas são as usadas normalmente em lanternas, rádios, etc...

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.

Carregador de Baterias Alcalinas

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).

Carregador Baterias Chumbo
Carregador Baterias Automático

Lítio

A pilha de Lítio popularizou-se com o aparecimento de micro circuitos electrónicos utilizados em relógios, jogos, etc...

Vantagens: destaca-se entre os demais tipos por descarregar-se muito lentamente quando armazenada carregada (em média 10% ao mês), e pelo tempo de recarga baixo. Entre todos os outros tipos, são as mais leves. Oferecem cerca do dobro da capacidade de uma bateria do tipo NiMH com o mesmo tamanho. O tempo de recarga também é o mais rápido quando comparado aos demais tipos.

Desvantagens: custo elevado.

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.

Carregador NiCAD
Carregador NiCAD com LM317

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.

Carregador NiMH controlado por temperatura

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.

Desvantagens - Preço mais elevado do que as baterias de chumbo.

Carregador de bateria de gel ou ácida

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