Bateria de iões de lítio

Uma bateria de iões de lítio é a tecnologia recarregável de armazenamento de energia que alimenta praticamente todos os veículos elétricos modernos, a par da maioria dos computadores portáteis, telemóveis e ferramentas elétricas. Existe porque oferece uma combinação excecional de densidade energética, eficiência e vida útil em ciclos: uma dada massa de células de iões de lítio consegue armazenar muito mais energia utilizável do que as químicas mais antigas de chumbo-ácido, níquel-cádmio ou níquel-hidreto metálico que a precederam. É essa densidade que torna sequer possível um automóvel elétrico prático, permitindo que um conjunto com algumas centenas de quilogramas armazene os 40 a 100 quilowatts-hora necessários a uma autonomia útil.

A bateria funciona deslocando iões de lítio de um lado para o outro entre dois elétrodos, através de um eletrólito líquido. Durante a descarga, os iões de lítio movem-se do elétrodo negativo (o ânodo, normalmente de grafite), através do eletrólito, para o elétrodo positivo (o cátodo), enquanto os eletrões correspondentes percorrem o sentido oposto pelo circuito exterior para realizar trabalho útil no motor. O carregamento inverte o processo, forçando os iões de regresso ao ânodo. Um separador poroso fino impede que os elétrodos se toquem, deixando passar os iões, e, como nenhum metal é depositado ou dissolvido como nas químicas mais antigas, a reação é altamente reversível e pode repetir-se milhares de vezes.

Isto é importante porque a vida útil em ciclos e a eficiência traduzem-se diretamente na longevidade do veículo e no custo de utilização. Um conjunto de VE bem gerido retém habitualmente cerca de 80 a 90 por cento da sua capacidade após 1500 a 3000 ciclos completos, muitas vezes mais de 200 000 milhas de condução, e a eficiência de carga e descarga ultrapassa com frequência os 90 por cento. A tensão elevada de cada célula — nominalmente cerca de 3,2 a 3,7 volts, consoante a química — significa também que são necessárias menos células em série para atingir os 400 ou 800 volts usados por um sistema de tração de VE.

Iões de lítio não é uma receita única, mas uma família de químicas definida sobretudo pelo material do cátodo. Os dois tipos dominantes nos automóveis são a NMC (níquel-manganês-cobalto), apreciada pela elevada densidade energética e pela grande autonomia, e a LFP (fosfato de ferro e lítio), que troca alguma densidade por menor custo, maior segurança e vida mais longa. Outras variantes, como a NCA, a LMO e os emergentes designs de estado sólido, ocupam nichos específicos, e os fabricantes ajustam continuamente a mistura exata para equilibrar autonomia, potência, custo e durabilidade.

A principal preocupação prática é a sensibilidade à temperatura. O calor acelera as reações secundárias que envelhecem uma célula e, em casos extremos, pode desencadear o escape térmico, ao passo que o frio reduz drasticamente a potência disponível e a velocidade de carga. Por isso, os conjuntos de VE são envolvidos por arrefecimento líquido ou a ar e geridos por um sistema de gestão da bateria que monitoriza a tensão e a temperatura de cada módulo, equilibra as células e limita o carregamento para manter o conjunto dentro da sua janela segura. Compreender estas restrições explica muitos comportamentos dos VE, desde o pré-condicionamento antes de uma recarga rápida até ao conselho de evitar deixar a bateria com carga máxima em tempo quente.