Baterias Litio-1

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Descrição e aplicações sobre pilhas e baterias de Lítio- parte 1

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Baterias Litio-1

  1. 1. Mobilidade Eléctrica Pilhas e Baterias de Lítio Energia Química22-01-2012 Por : Luís Timóteo 1
  2. 2. Mobilidade Eléctrica História das pilhas e Baterias….CronologiaBaterias de Lítio: 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 2
  3. 3. Mobilidade Eléctrica Lítio Do grego lithos (pedra). Presumidamente, o nome foi dado por ter sido descoberto num mineral, enquanto outros metais alcalinos como sódio e potássio foram descobertos em vegetais. O mineral petalita (silicato de alumínio e lítio) foi descoberto pelo estadista e naturalista brasileiro José Bonifácio de Andrade e Silva durante uma viagem à Johan August Arfwedson José Bonifácio Suécia no final do século 18. Existência do elemento foi demonstrada pelo químico sueco Johan August Arfwedson em 1817. Isolado por William Thomas Brande (químico inglês) e Humphry Davy (físico e químico inglês) em 1818 pela electrólise do óxido Não se encontra livre na natureza. Os principais minérios são: lepidolita (fluossilicato hidratado de alumínio, lítio e potássio), espodumênio (silicato de alumínio e lítio, LiAl(Si2O6), o maisBaterias de Lítio: importante), petalita (silicato de alumínio e lítio) e ambligonita (fluorfosfato de alumínio e lítio). A abundância na crosta terrestre é cerca de 65 ppm. É considerado o trigésimo primeiro elemento mais abundante. Encontrado também em algumas águas salinas naturais. Exemplo de extracção a partir do espodumênio: LiAl(Si2O6) reage com ácido sulfúrico, produzindo o sulfato, Li2SO4. Este reage com carbonato de sódio, produzindo o carbonato, Li2CO3. E, com ácido clorídrico, forma-se o cloreto, LiCl. O metal é obtido pela electrólise do cloreto fundido, misturado com cloreto de potássio (KCl) para reduzir o ponto de fusão. 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 3
  4. 4. Mobilidade Eléctrica Lítio É o metal de menor massa específica, cerca da metade da massa específica da água. A superfície recém cortada tem aspecto de prata, mas escurece rapidamente para cinza. Deve ser conservado em óleo para prevenir isso. Grandeza Valor Unidade Massa específica do sólido (20ºC) 535 kg/m3 Ponto de fusão 180,54 °C Calor de fusão 3,0 kJ/mol Ponto de ebulição 1342 °C Calor de vaporização 147,1 kJ/mol Temperatura crítica 2950 °C Electronegatividade 0,98 Pauling Resistividade eléctrica 9,4 10-8 Ω m Condutividade térmica 85 W/(m°C) Calor específico 3573 J/(kg°C)Baterias de Lítio: Coeficiente de expansão térmica 4,6 10-5 (1/°C) Módulo de elasticidade 4,9 GPa O lítio metálico é corrosivo e não deve entrar em contacto com a pele. Exposto ao ar, é bastante inflamável, com chamas de difícil extinção. É o único metal que reage com nitrogénio á temperatura ambiente. Baterias contendo lítio podem eventualmente explodir se rapidamente descarregadas (curto-circuito). Mas a maioria dos dispositivos práticos dispõe de protecção contra curtos. 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 4
  5. 5. Mobilidade Eléctrica Lítio Símbolo da Tabela Periódica: Li. Peso Atómico: 3 (Leve!). Como o Sódio e o potássio, é um metal alcalino. (Grupo 1 – #s 1 a 7 da Tabela Periódica). Altamente reactivo, com alta densidade energética. Usado no tratamento de doenças maníaco-depressivas (Bipolar) porque é particularmente eficaz em acalmar uma pessoa no estado de maníaco!... Baterias de Lítio: 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 5
  6. 6. Mobilidade Eléctrica Lítio Número Atómico: 3 Massa Atómica: 6.941 amu Ponto de Fusão: 180.54 C Ponto de Ebulição: 1347.0 C Numero de Protões/Electrões: 3 Numero de Neutrões: 4 Classificação: Alcalino Metal Estrutura Cristalina: Cúbica Densidade a 293º K: 0.53 g/cm3 Cor: PrataBaterias de Lítio: Potencial de ionização: 5.39 eV Equivalência Electroquímica: 3.86 Ah/Gram http://www.youtube.com/watch?v=jmbHAa0JVlA Nota: Lítio metal é um do dois materiais que reagem com o Nitrogénio elementar à temperatura ambiente (se houver humidade)! 6 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 6
  7. 7. Mobilidade Eléctrica Lítio: Reacções Reacção Produtos Reacção com oxigénio 4Li + O2 → 2Li2O | 2Li + O2 → 2Li2O2. Reacção com nitrogénio 6Li + N2 → 2Li3N. Reacção com água 2Li + 2H2O → 2LiOH + H2. Reacção com halogéneos 2Li + F2 → 2LiF | 2Li + Cl2 → 2LiCl | 2Li + Br2 → 2LiBr | 2Li + I2 → 2LiI. Reacção com ácido 2Li + H2SO4 → 2Li+ + SO4-- + H2. Precauções Como os outros metais alcalinos, o lítio puro é altamente inflamável e ligeiramente explosivo quando exposto ao ar e, especialmente, à água. Além disso é corrosivo, requerendo o emprego de meios adequados de manipulação para evitar o contacto com a pele. Deve-se armazená-lo num hidrocarboneto líquido inflamável como, por exemplo, a gasolina. O lítio é considerado ligeiramente tóxico. Farmacologia Os sais de lítio têm aprovação para o tratamento de transtorno bipolar no Brasil e nos Estados Unidos. Inicialmente classificado como um anti-psicótico, o lítio (administrado em forma de carbonato de lítio)Baterias de Lítio: é hoje utilizado por seus efeitos reguladores de humor, anti-maníaco e, secundariamente, anti- depressivo (sua eficácia para a depressão unipolar, entretanto, ainda não foi bem estabelecida). Em níveis sérios mais elevados, os iões de lítio são considerados venenosos e requerem atenção clínica imediata. Entre os principais sintomas de contaminação por lítio, lista-se náusea, tontura, enjoos, diarreia e tremores nas mãos. Esses sintomas podem, entretanto, aparecer na faixa terapêutica para transtorno bipolar. Salienta-se, ainda, que a administração prolongada de lítio pode causar danos à tiróide e aos rins, exigindo monitorização periódica por meio de exames de sangue. 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 7
  8. 8. Mobilidade Eléctrica Lítio: Caracteristicas Principais É o metal mais leve, a sua densidade é apenas, aproximadamente, a metade do que a da água. Como os demais metais alcalinos é monovalente e bastante reactivo. Por esse motivo não é encontrado livre na natureza. No teste da chama torna-se vermelho, porém se a combustão ocorrer violentamente a chama adquire uma coloração branca brilhante. Aplicações  Devido ao seu elevado calor específico, o maior de todos os sólidos, é usado em aplicações de transferência de calor e, por causa do seu elevado potencial electroquímico é usado como um ânodo adequado para as baterias eléctricas. Além destes tem outros usos:  Os sais de lítio, particularmente o carbonato de lítio (Li2CO3) e o citrato de lítio são usados no tratamento da depressão bipolar, ainda que, ultimamente, se tenha estendido seu uso ao tratamento da depressão unipolar.  O cloreto de lítio (LiCl) e o brometo de lítio (LiBr) possuem uma elevada higroscopicidade, por isso são excelentes secantes. O segundo é utilizado em bombas de calor de absorção, dentre outros compostos como o nitrato de lítio (LiNO3) .Baterias de Lítio: O estearato de lítio é um lubrificante geralmente aplicado em condições de alta temperatura. O hidreto de alumínio e lítio é um agente redutor empregado na síntese de compostos orgânicos.  A base hidróxido de lítio (LiOH) é usada nas naves espaciais e submarinos para depurar o ar, extraindo o dióxido de carbono produzido pelos seus ocupantes.  O lítio é um componente comum nas ligas metálicas de alumínio, cádmio, cobre e manganês, utilizados na construção aeronáutica, e está sendo empregado com êxito na fabricação de cerâmicas e lentes, como a do telescópio Reflector Hale de 5,0 metros de diâmetro de "Monte Palomar".  Também tem aplicações nucleares. Também é usado como poderoso analgésico em operações de risco. 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 8
  9. 9. Mobilidade Eléctrica Produção de Lítio É o 33º elemento mais abundantes na terra. Não se encontra na natureza na sua forma elementar (puro). Encontra-se em maiores concentrações em granitos. O Chile é actualmente o maior produtor mundial do metal de lítio, seguido pela Argentina. China poderá emergir como um importante produtor baseado em carbonato de lítio para o fim desta década. As Baterias de lítio são recicláveis. Tecnologias mais comuns de Baterias Promessas Futuras Tipo de Bateria Energia/Peso Potência/Peso Descarga Durabilidade Tipo de Bateria Durabilidade (Wh/kg) (W/kq) (%/mês) (Ciclos) (Ciclos)Baterias de Lítio: Sódio Nickel Lithium Iron 90 150 1500-3000 2000 Chloride Phosphate NIMH 30-80 250 -1000 30 500-1000 Lithium Manganese 500 Chumbo - Ácido 30-40 180 3-20 500-800 Lithium Titanate 1 5000 Iões de Lítio 160 1800 5 -10 1200 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 9
  10. 10. Mobilidade Eléctrica Pilhas/Baterias Recarregáveis Li-ion  Trabalhos pioneiros sobre a bateria de iões de Lítio começaram em 1912 por GN Lewis, mas só no início dos anos 1970 as primeiras baterias de lítio não recarregáveis se tornaram comercialmente disponível. Lítio é o mais leve dos metais, tem o maior potencial electroquímico e fornece a maior densidade de energia para o peso. Em 1979 o pesquisador americano John B. Goodenough da Universidade de Oxford, aperfeiçoa uma tecnologia de bateria de iões de lítio recarregável, com cátodo á base de lítio com óxido de cobalto (LiCoO2) e Dióxido de manganésio e lítio (LiMn2O4), mas as patentes para a invenção foi adjudicada à Comissão de Energia Atómica do Reino Unido (agora AEA Technology), que financiou a pesquisa. Goodenough viria em 1996 a registar a bateria de fosfatos de ferro sendo esta mais estável.  As tentativas para desenvolver baterias de lítio recarregáveis, falhou devido a problemas de segurança, nos anos de 1980. Por causa da instabilidade inerente do metal de lítio, (explode em contacto com a água) especialmente durante o carregamento, pesquisas conduziram para uma bateria de lítio não-metálica que usa iões de lítio.  Apesar de ligeiramente inferior em densidade de energia do que o metal de lítio, a bateria de iões deBaterias de Lítio: Lítio é segura, desde que sejam satisfeitas determinadas precauções quando carregando e descarregando. Em 1991, a Sony comercializou a primeira bateria de iões de lítio, outros fabricantes lhe seguiram.  A densidade energética dos iões de lítio é tipicamente o dobro do níquel-cádmio. Há potencial para altas densidades de energia. As características de carga são razoavelmente boas e se comportam de forma semelhante á do níquel-cádmio em termos de quitação. A alta tensão da pilha de 3,6 volts permite desenhos bateria com apenas uma célula. A maioria dos telemóveis de hoje funcionam com uma única célula. Um bloco à base de níquel exigiria três pilhas de 1,2 volts ligadas em série. 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 10
  11. 11. Mobilidade Eléctrica Pilhas de Lítio Metal : Funcionamento No início dos anos 70’s as primeiras Pilhas de lítio não recarregáveis tornaram-se comercialmente disponíveis. Lítio é o mais leve dos metais, tem o maior potencial electroquímico e fornece a maior densidade de energia para o peso, no entanto, ensaios de recarga conduzia a situações de instabilidade e insegurança!... Pilha não recarregável Li+Baterias de Lítio: Li+ Depois de 100 ciclos Termos Usados: Pilha – Não recarregável Bateria: ou pilha recarregável 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 11
  12. 12. Mobilidade Eléctrica Baterias de Lítio: Estrutura das células de Lítio-Metal (bobbin construction) Vent. Terminal Positivo Top Isolamento Pilha não (Plástico) recarregável Selagem (vidro/metal) Colector de Corrente Lítio (ânodo) Cátodo Electrólito Isolamento (fibra/vidro)Baterias de Lítio: Cátodo (Carbono) Separador (Fibra/vidro) Invólucro Exterior (aço) Terminal Negativo 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 12
  13. 13. Mobilidade Eléctrica Baterias de Lítio: Estrutura das células de Lítio-Metal (Spiral construction) Terminal Gás/Vent. Pilha não Positivo recarregável Selagem a Lazer Vedante Eléctrodo Negativo (Lítio) Eléctrodo Positivo (MnO2) InvólucroBaterias de Lítio: Negativo Colectores (folha-Cobre) Separadores Colector 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 13
  14. 14. Mobilidade Eléctrica Baterias de Lítio: Estrutura das células de Lítio-Metal (Coin Type) Pilha não Bateria Primária: - não recarregável (Designação IEC :CR) recarregável lithium manganese dioxide battery Lithium Cylindrical BatteriesBaterias de Lítio: BOBBIN CONSTRUCTION Schematic construction of a Li/MnO2 cylindrical cell (CR 1/2 AA). Atenção às polaridades VARTA Microbattery GmbH 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 14
  15. 15. Mobilidade Eléctrica Baterias de Lítio: Estrutura das células de Lítio-Metal (Coin Type) Pilha não Bateria Primária: - não recarregável (Designação IEC :CR) recarregável lithium manganese dioxide battery CR 2/3 AH CR 123 A CR 2Baterias de Lítio: Lithium Cylindrical Batteries SPIRAL CONSTRUCTION Schematic construction of a Li/MnO2 cylindrical cell (CR 2/3 AH). VARTA Microbattery GmbH 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 15
  16. 16. Mobilidade Eléctrica Baterias de Lítio: Estrutura das células de Lítio-Metal (Coin Type) Pilha não Bateria Primária: - não recarregável (Designação IEC :CR) recarregável lithium manganese dioxide battery Eléctrodo Negativo: Lithium Metal Eléctrodo Positivo: Dióxido Manganésio(MnO2) Separador : Polyethylene , Polypropylene Terminal Ânodo Electrólito : Propylene Carbonate – Solvent; 1,2-Dimethoxyethane – Solvent: Ânodo (Lítio) Lithium Triflate - Salt or Lithium Perchlorate. IsolamentoBaterias de Lítio: Cátodo(MnO2) Separador+ Electrólito Terminal Cátodo Principio Usa Dióxido de Manganésio (MnO2) como material positivo activo e Lítio (Li) como material Negativo activo. Reacções: Cátodo Positiva: -MnIVO2+Li++e --> MnIIIO2 (Li+) Ânodo Negativa: Li --> Li++e- Geral: Li + MnIVO2 --> MnIIIO2 (Li+) 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 16
  17. 17. Mobilidade Eléctrica Baterias de Lítio: Estrutura das células de Lítio-Metal (Coin Type) Bateria Primária: - não recarregável (Designação IEC :CR) Pilha não recarregável lithium manganese dioxide battery Solid cathode lithium cells: Invólucro Negativo Colector Eléctrodo Negativo (-)(Li) SeparadorBaterias de Lítio: Isolamento Eléctrodo positivo (MnO2) Invólucro positivo (+) VARTA Microbattery GmbH 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 17
  18. 18. Mobilidade Eléctrica Tipo “Botão”: Pilhas de Lítio/Dióxido de Manganésio Pilha não recarregável Pólo Negativo Ânodo (Lítio) Separador Pólo Positivo Vedação Cátodo + [MnO2 ou (CF)n] Reacção global : Mn(IV)O2 + Li --> Mn(III)O2 +(Li+) (3V) VARTA Microbattery GmbHBotão: Li-Mn  O sistema electroquímico consiste de um cátodo, que é uma mistura de dióxido de manganésio, um agente de condução de carbono negro, e um aglomerante. O electrólito é uma solução solvente de percloreto de lítio (LClO2) em carbonato de propileno. O seu conteúdo de água é inferior a 50 ppm (partes por milhão). O ânodo é feito de folha prensada de lítio inserida numa forma de aço inoxidável. As baterias de lítio são montados em uma atmosfera de árgon de alta pureza. 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 18
  19. 19. Mobilidade Eléctrica Baterias de Lítio: Aplicações das baterias de Lítio-Metal (Coin Type) Bateria Primária: - não recarregável Caluculator(CR2016,CR2032)Baterias de Lítio: Camera(remote control unit CR1220,CR2016,CR2025) Personal computer(CR2430) Copy machine(CR2450) 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 19
  20. 20. Mobilidade Eléctrica Baterias de Lítio: Estrutura das células de Lítio-Metal (Cylindrical ) Pilha de Lítio/dióxido de Manganésio (Designação IEC :CR) Pilhas de Lítio de Cátodo sólido: Pilha não Eléctrodo Negativo: Lítio Metal recarregável Eléctrodo Positivo: Dióxido de Manganésio (MnO2) Separador : Polietileno, Polipropileno Electrólito : Carbonato de Propileno – Solvente; 1,2-Dimethoxyethane – Solvent: Lithium Triflate - Salt or Lithium Perchlorate.  As pilhas de dióxido de Manganésio têm um ânodo de Lítio metálico (Li) (o mais leve de todos os metais) e um cátodo sólido de dióxido de Manganésio (MnO2), imerso num electrólito orgânico, não corrosivo/nontóxico. Fornece uma voltagem de 2.8 -3V, têmBaterias de Lítio: forma cilíndrica e dimensões de 1/2 AA a D, com construção em espiral e são o tipo de pilhas de lítio não recarregáveis mais comum. Principio Usa Dióxido de Manganésio (MnO2) como material positivo activo e Lítio (Li) como material Negativo activo. Reacções Reacção Positiva: Mn[VO2+Li++e --> Mn[[[O2 (Li+) Reacção Negativa: Li --> Li++e- 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 20
  21. 21. Mobilidade Eléctrica Pilhas Lítio-Metal – Dióxido de Manganésio Pilhas de Lítio/Dióxido de Manganésio Pilhas de Cátodo sólido: Pilhas não recarregáveisBaterias de Lítio: Reacções: Cátodo Positiva : MnO2 +Li+ +e -----» MnOOLi Ânodo Negativa: Li -----» Li+ + e- Reacção Geral: MnO2 +Li ----» MnOOLi 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 21
  22. 22. Mobilidade Eléctrica Baterias de Lítio: Estrutura das células de Lítio-Metal (Spiral) Pilha de Lítio/Óxido de Enxofre (Thionyl Chloride lithium battery) (ER) Pilha não Sistema de Cátodo líquido recarregável Eléctrodo positivo: Cloreto de Tionilo (SOCL2) Eléctrodo Negativo: Lítio Metal Electrólito : Thionyl Chloride Reacções: Cátodo Positiva : 2SOCl2+4Li+ + 4e- ----» 4LiCl+S+SO2 Ânodo Negativa: Li -----» Li+ +e- Reacção Geral: 2SOCl2+4Li ----» 4LiCl+S+SO2Baterias de Lítio: As pilhas de Lithium-thionyl chloride têm um ânodo metálico de Lítio (o mais leve de todos os metais) e um cátodo liquido composto por um colector de corrente de carbono poroso preenchido com cloreto de tionilo (SOCl2). Fornecem uma tensão de 3.6 V, são de forma cilíndrica e vão da dimensão 1/2AA a D, com eléctrodos em espiral para aplicações de maior potência e em bobine para aplicações de descarga prolongada. são as pilhas de Lítio não recarregáveis de maior densidade energética podendo durar 15 a 20 anos. 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 22
  23. 23. Mobilidade Eléctrica Baterias de Lítio: Estrutura das células de Lítio-Metal (Bobine) Thionyl Chloride lithium battery (ER) Ânodo (Li) Separador+ Electrólito (SOCl2) Colector Corrente CátodoBaterias de Lítio: (Carbono) © by VARTA Microbattery GmbH 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 23
  24. 24. Mobilidade Eléctrica Thionyl Chloride lithium battery (ER)  Arejar/queimar ou triturar pilhas de Lithium Thionyl-Chlorid libertará:  HCl Ácido clorídrico Vapores e fumos de ácido clorídrico. Vapores e soluções têm efeitos corrosivos nos tecidos humanos, com potencial perigo para danificar órgãos respiratórios, olhos , pele e intestinos…  H2 Gás Hidrogénio Altamente inflamável, queimará no ar em concentrações que vão de 4% a 75%.  SO2 Dióxido de Enxofre Causa alergias. SO2 está associado a sintomas de dificuldades respiratórias, podendoBaterias de Lítio: provocar morte.  LiOH Hidróxido de Lítio Pode ser fatal se engolido. Contacto com olhos pode causar lesões sérias e irreversíveis. Corrosivo. Causa queimaduras e irritação nos olhos. 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 24
  25. 25. Mobilidade Eléctrica Baterias de Lítio: Estrutura das células de Lítio-Metal (Spiral) Pilhas de Líti/Monofloreto de Carbono (BR) Pilha não Células de Lítio de Cátodo sólido: recarregável Eléctrodo positivo : Carbon Monofluoride (CF)n Eléctrodo Negativo: Lithium Metal Separador : Polypropylene Electrólito : ϒ-Butyrolactone - Solvent 1,2-Dimethoxyethane – Solvent (Coin Type) Lithium Tetrafluroborate - Salt O Carbon monofluoride (CF, CFx, ou (CF)x), também chamado de polycarbon monofluoride, polycarbon fluoride, poly(carbon monofluoride), e graphite fluoride éBaterias de Lítio: usado como material do cátodo das pilhas de Lítio de alta densidade energética tipo "BR“ conhecidas como as de mais alta capacidade especifica teórica, entre a pilhas de Lítio existentes. É usada em backup de memória em PC’s, aplicações aeroespaciais e militares, também em Pacemakers. Reacção descarga: CF)x + xLi ++ xe- ----» xC + xLiF Reacção Geral: xLi +(CF)x ----» xC + xLiF ≈3V 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 25
  26. 26. Mobilidade Eléctrica Baterias de Lítio: Estrutura das células de Lítio-Metal (Coin type) Pilha não Carbon Monofluride lithium battery (BR) Solid cathode lithium cells: recarregável A primeira pilha Li – (CF)n do mundo foi desenvolvida pela Matsushita Battery Industrial Co.,sendo actualmente produzidos vários tipos de pilhas. (CF)n é produzido pela reacção de pó de Carbono, com gás fluoreno, a elevada temperatura. Terminal Ânodo Invólucro IsolamentoBaterias de Lítio: CFx Cátodo Ânodo Lítio Colector corrente Separador + Electrólito Reacções: Cátodo Positiva : (CF)n + ne- -----» nC+ nF- Ânodo Negativa: nLi -----» nLi+ + ne- Reacção Geral: nLi +(CF)n ----» nC + nLiF 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 26
  27. 27. Mobilidade Eléctrica Baterias de Lítio: Estrutura das células de Lítio-Metal (Spiral) Pilha de Lítio/Dióxido de Enxofre (Li-SO2) Pilha não recarregável Eléctrodo positivo: : Sulfur Dioxide (SO2) Eléctrodo Negativo: Lithium Metal Electrólito : Sulfur Dioxide -Acetonitrile - Lithium Bromide - Salt Pilhas de Lítio sistema de cátodo líquido: Estas pilhas oferecem correntes de descarga mais intensas, porque as reacções ocorrem na superfície do cátodo. Num cátodo sólido. As reacções são mais lentas, porque os iões de Lítio, têm de entrar no cátodo, para a descarga ocorrer. O Contacto directo entre o liquido do cátodo e o Lítio, forma uma película sobre o lítio, chamada de “interface de electrólito sólido” (solid electrolyte interface (SEI). Isto evita que ocorram reacções quando a pilha não está em uso, preservando a vida útil da pilha. Um inconveniente, porém, é que se a película for muito grossa, provoca um atraso da tensão inicial.Baterias de Lítio: Normalmente, a contaminação da água é a razão para película mais espessa, sendo por isso o controle de qualidade muito importante. Reacção Geral : Lítio e dióxido de enxofre combinam-se formando ditionito de Lítio 2Li + 2SO2 —> Li2S2O4 Estas pilhas têm essencialmente uso em aplicações de comunicações militares devido ao seu elevado custo, e segurança em ambientes de alta pressão e temperatura… 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 27
  28. 28. Mobilidade Eléctrica Pilhas de Lítio: Estrutura das células de Lítio-Metal (Cylindrical Spiral) 1.5V Pilha de Lítio/Bissulfito de ferro (LiFeS2) Pilha não recarregável  A companhia americana Energizer® , produziu com sucesso a primeira pilha de lítio do mercado , com 1,5V, no tamanho “AA” em 1989., e no tamanho “AAA” em 2004 e podem substituir directamente as antigas pilhas alcalinas … de 1,5V. Vent. Ball PTC Ânodo: Lítio metal. Colector Cátodo: disulfide de ferro em folha de substrato de alumínio. Cátodo Separador: polyolefin. Ânodo Electrólito : sal de Lítio / solvente orgânico. Separador Construção: Multicamadas em espiral. Overwrap Vent ball : Mecanismo de segurança interna de pressão. Contactos: Positivo/negativo - aço cromo níquel. Tab Revest. Exterior: película de plástico não condutor.Baterias de Lítio: PTC: Positive Temperature Coefficient – dispositivo de segurança para sobrecorrente. O termo “Iithium battery” refere-se a muitas químicas diferentes usando lítio como ânodo, diferindo no material do cátodo electrólito e construção. Podem ser classificadas de muitas maneiras, mas o método mais conveniente, é pelo material do cátodo e pela voltagem. 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 28
  29. 29. Mobilidade Eléctrica Pilhas de Lítio: Estrutura das células de Lítio-Metal (Cylindrical Spiral) 1.5V Pilha de Lítio/Bissulfito de ferro (LiFeS2) Pilha não recarregável Usando bissulfito de ferro no cátodo, dá a esta pilha uma voltagem nominal de 1.5 volts. A maioria das outras pilhas de Lítio, usando outros materiais no cátodo (MnO2, (CF)n , etc.) são de 3V ou 3,6V. Os Eléctrodos nesta pilha de lítio são isolados uns dos outros por uma membrana altamente evoluída de polímero microporoso. Esta membrana permite que os iões se movam durante o uso, mas restringe o seu movimentos em situações de sobrecorrente, de modo a preservar a performance e segurança da pilha de lítio. As pilas LiFeS2 contêm um electrólito não aquoso que opera a temperaturas de -40°C até +60°C. Tem também um dispositivo, de protecção do utilizador, que desliga a pilha, quando em usos indevidos.Baterias de Lítio: A reacção de descarga Geral das pilhas LJFeS2 e feita em duas etapas: 2Li +FeS2 ----» Li2FeS2. 2Li +Li2FeS2 ----» Fe +2Li2S.  Finalmente, não confundir pilhas/baterias de Lítio, com baterias de iões de Lítio recarregáveis, uma vez que estas não contêm Lítio metal. 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 29
  30. 30. Mobilidade Eléctrica Pilhas de Lítio: Aplicações das pilhas de Lítio-Metal (Cylindrical Type 1) Bateria Primária: - não recarregável (Estrutura em espiral) Camera (CR123A)Baterias de Lítio: DSC (CR-V3) Auto hand washer (2CR5) APS Camera (CR2) 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 30
  31. 31. Mobilidade Eléctrica Pilhas de Lítio: Aplicações das Pilhas de Lítio-Metal (Cylindrical Type 2) Bateria Primária: - não recarregável (Estrutura em Bobine) Personal computer (CR12600SE, CR14250SE)Baterias de Lítio: Water meter (CR17335SE, CR17450SE) NCU (CR17335SE, CR17450SE) 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 31
  32. 32. Mobilidade Eléctrica Pilhas de Lítio/Iodo: O Iodo O iodo (do grego iodés, cor violeta) é um elemento químico de símbolo I , de número atómico 53 (53 protões e 53 electrões) e de massa atómica 126,9 u. À temperatura ambiente, o iodo encontra-se no estado sólido podendo vaporizar-se com ligeiro aumento de temperatura, produzindo um gás irritante de cor púrpura… É um não metal, do grupo dos halogéneos (17 ou VIIA) da classificação periódica dos elementos. É o menos reactivo e o menos electronegativo de todos os elementos do seu grupo. É um oligoelemento, empregado principalmente na medicina, fotografia e como corante. Foi descoberto na França pelo químico Bernard Courtois em 1811 a partir de algas marinhas.Baterias de Lítio: 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 32
  33. 33. Mobilidade Eléctrica Pilhas de Lítio: Estrutura das células de Lítio-Iodo para Pacemakers Pilha Litio/Iodo - Pilhas de electrólito sólido Pilha não recarregável A bateria primária de lítio-iodo surgiu em 1967, nos Estados Unidos, revolucionando a história do marcapasso cardíaco “Pacemakers”. Ela pesa menos que 20 g e apresenta longa duração, cerca de cinco a dez anos, evitando que o paciente tenha que se submeter a frequentes cirurgias para trocar o pacemaker. O esquema dessa bateria é representado na figura. Os dois eléctrodos sólidos são separados por uma camada cristalina de iodeto de lítio, e a corrente eléctrica passa através da rede cristalina de iodeto de lítio do ânodo para o cátodo pela difusão de iões Li 1+ (s). A pilha de lítio e iodo fornece uma voltagem de 2,8 V, é bastante confiável e pode funcionar continuamente por até dez anos.Baterias de Lítio: Para esta pilha, são dadas as semi-reações de redução: Li+ + e-  Li E°= - 3,05 V I2 + 2e-  2I- E° = + 0,54 V São feitas as seguintes afirmações sobre esta pilha: No ânodo ocorre a redução do íon Li+. O agente oxidante é o I2. A ddp da pilha é + 2,51 V. O processo na pilha é espontâneo. O cátodo é o polímero/iodo. 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 33
  34. 34. Mobilidade Eléctrica Pilhas de Lítio: Estrutura das células de Lítio-Iodo para Pace makers Tampa /Caixa em aço Inox Lítio/Iodo - Pilhas de electrólito sólido Pilha não recarregável Pino de Alimentação Em aço inox Ânodo: Lítio. Cátodo: Iodo/Polivinilpiridine (PVP). Selagem vidro/metal Separador/Electrólito : Sal iónico (Isolante) Furo de enchimento do depolarizador e soldagem final Ânodo: 2Li ―˃ + + 2e 2Li Cátodo: 2Li+ + 2e + P2Vp.nI2 ―˃P2VP.(n-1)I2 + 2LiI Reacção Geral : 2Li+P2VP.nI2 ―˃ P2VP.(n-1)I2+ 2LiIBaterias de Lítio: Ânodo Central de Lítio Revestimentos do ânodo em PVP Todos os fabricantes de pilhas comerciais , que usam Iodine/PVP depolarizador electrólitos sólidos têm ânodo de Lítio, porque têm melhor desempenho em aplicações de baixa corrente e têm um ciclo de vida muito longo, pelo que são usadas em pacemakers. 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 34
  35. 35. Mobilidade Eléctrica Pilhas de Lítio: Estrutura das células de Lítio-Iodo para PacemakersBaterias de Lítio: http://www.youtu.be/watch?v=IqpRRXnZqD4&feature=related 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 35
  36. 36. Mobilidade Eléctrica Pilhas de Lítio: Estrutura das células Li/SVO para Pacemakers • A Pilha de Lítio/ Oxido Vanádio prateado oxide (Li/SVO) foi desenvolvida nos laboratórios da Greatbatch, Inc. em 1982. Foi adaptada para uso Cardioversor Desfibriladores implantáveis (CDI’s) poucos anos depois. Pilha Placa electrónica AntenaBaterias de Lítio: Condensador Implantable Cardiac Defibrillators http://www.cardiocenterltda.com/filmes/CDI%20-%20Cardioversor%20Desfibrilador%20Implant%C3%A1vel.swf 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 36
  37. 37. Mobilidade Eléctrica Pilhas de Lítio: Estrutura das células Li/SVO para Pacemakers Tampa /Caixa Reacção Geral: em aço Inox Pino de Alimentação em Molibdénio  Ag2V4O11 + 7 Li → Li7Ag2V4O11 Selagem vidro/metal  Voltagem: 3.2V (Isolante)  Capacidade: 1.37 Ah/cm3 Multicamadas Colector do Cátodo Furo de enchimento do Electrólito e soldagem finalBaterias de Lítio: Separador microporoso Ânodo (Li) Cátodo (SVO) 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 37
  38. 38. Mobilidade Eléctrica Pilhas de Lítio: Estrutura das células Li/SVO - Vanádio  O vanádio é um metal de cor cinzenta/prateada macio e dúctil. Tem boa resistência à corrosão a alcalinos, ácidos sulfúrico e clorídrico e à água salgada . O metal oxida facilmente acima de 660 ° C para formar V2O5. Industrialmente, a maioria de vanádio produzido é utilizado como um aditivo para melhorar aços inoxidáveis.Baterias de Lítio: Vanádio (homenagem a deusa Vanadis) é um elemento químico, símbolo V, número atómico 23 (23 protões e 23 electrões) de massa atómica 51 u que, nas condições ambientes, é encontrado no estado sólido. Foi descoberto pelo mineralogista espanhol Andrés Manuel del Río, no México, em 1801, num mineral de chumbo. Em 1830, o sueco Nils Gabriel Sefström descobriu o elemento num óxido que encontrou enquanto trabalhava numa mina de ferro e deu-lhe o nome pelo qual é conhecido actualmente. 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 38
  39. 39. Mobilidade Eléctrica Pilhas de Lítio: construção Lítio/Vanádio - Tipo Moeda 3V Pilha de Lítio/Óxido de Vanádio Pilha recarregável  Grafite e óxido de Molibdénio são usados como material do Ânodo e Lítio óxido de cobalto como materiais do Cátodo.Baterias de Lítio: Fabrication of Microbatteries by Femtosecond 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 39
  40. 40. Mobilidade Eléctrica Pilhas de Lítio: Estrutura das células de Lítio/Óxido Titânio-Manganésio MT516 MT616 MT621 MT920 MT1620 1.5V Pilha de Lítio/Óxido de Titânio-Manganésio Pilha recarregável Introduzida pela Panasonic, a pilha recarregável recarregável Lítio/ Titânio Manganésio, são baterias compactas, que usam um óxido complexo de Lítio-titânio, como material do Cátodo e óxido de Lítio- Titânio (AB204) como material do ânodo. Têm uma voltagem nominal de 1,5 volts, e são usadas e pequenos equipamentos electrónicos portáteis como relógios, aparelhos auditivos, PDA’s termómetros, memoria de PC’s, etc., Ânodo: Óxido Lítio-Titânio (AB204) Cátodo: Dióxido Lithium intercalated Manganese (Li0.44Mn0.78Ti0.22O2) Electrólito:….Baterias de Lítio: 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 40
  41. 41. Mobilidade Eléctrica Pilhas de Lítio: Estrutura das células de Lítio/Óxido Titânio-Carbono 1.5V Pilha de Lítio/Óxido de Titânio-Carbono Pilha recarregável  Material positivo Lítio/óxido de Titânio e como material negativo Carbono e como electrólito uma solução orgânica. Ânodo: Carbono (C6) Reacção Geral: Cátodo: Óxido Lítio-Titânio (LixTiyO4) Electrólito: Solução orgânica LixTiyO4+LizC6 ↔ Lix + αTiyO4+Liz- αC6 Eléctrodo NegativoBaterias de Lítio: Separador + Electrólito Eléctrodo positivo 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 41
  42. 42. Mobilidade Eléctrica Características das pilhas de Lítio (não recarregáveis) Cell Power Temperatu Discharge OCV NLV Energy Density D Size Couple Density re Range Profile (V) (V) (Wh kg-l) (Wh dm-3) (W kg-1) (oC) (g) (Ah) Li/SO2 2.9 2.75 250 400 60 -50 to 70 Flat 85 7.5 Li/CFX 3.0 2.8 360 680 14 -40 to 85 Flat 93 12 Two Li/V2O5 3.4 3.3, 2.4 120, 260 300, 660 11 -30 to 50 Plateaux Li/MnO2 3.4 2.8 280 580 50 -40 to 70 Sloping 105 10 Li/SOCl2 3.65 3.5 290 670 105 -40 to 85 Flat 100 13 Li/SOCl2, Initially 3.9 3.7 to 3.8 350 770 75 -40 to 70 121 13 BrCl slopingBaterias de Lítio: Li/SO2Cl2 3.95 3.7 330 720 100 -30 to 90 Flat 122 13 (*) Lithium metal cells and batteries: CR Cylindrical (Lithium Manganese Dioxide Batteries) Heat Resistant CR (Lithium Manganese Dioxide Batteries) CR Coin-Type (Lithium Manganese Dioxide Batteries) ER (Lithium Thionyl Chloride Batteries) ML Coin-Type (Lithium Manganese Dioxide Rechargeable Batteries) TC Button-Type (Titanium Carbon Lithium Rechargeable Batteries) 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 42
  43. 43. Mobilidade Eléctrica Pilhas de LítioBaterias de Lítio: http://www.youtu.be/watch?v=IqpRRXnZqD4&feature=related 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 43
  44. 44. Mobilidade Eléctrica Bateria de Iões de Lítio  As tentativas para desenvolver baterias de lítio recarregáveis, falhou devido a problemas de segurança, nos anos 80’s. Por causa da instabilidade inerente do metal de lítio, (explode em contacto com a água) especialmente durante o carregamento, pesquisas conduziram para uma bateria de lítio não-metálica que usa iões de lítio.  Apesar de ligeiramente inferior em densidade de energia do que o metal de lítio, a bateria de iões de Lítio é segura, desde que sejam satisfeitas determinadas precauções quando carregando e descarregando. Em 1991, a Sony comercializou a primeira bateria de iões de lítio, outros fabricantes lhe seguiram. Electrólito líquido Não aquosoBaterias de Lítio: Li+ Li+ 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 44
  45. 45. Mobilidade Eléctrica Bateria de Iões de LítioBaterias de Lítio: 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 45
  46. 46. Mobilidade Eléctrica Bateria de Iões de Lítio : Funcionamento e- e- Li+ Descarga Li+ e- e- Li+ LiCoO2 Li+ LiMnO2Baterias de Lítio: Electrólito condutor de Li+ LiNiO2 LixC6 Grafite Lítio-Oxido de Cobalto (LiCoO2) Reacções na Descarga: Lítio-Óxido de Manganésio (LiMn2O4) Lítio-Óxido de Níquel (LiNiO2) Redução- Cátodo : Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-  LiCoO2 Oxidação - Ânodo : LiC6  xLi+ + xe- + C6 Reacção Geral: Li(1-x)CoO2+LixC LiCoO2+C (3,7V) 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 46
  47. 47. Mobilidade Eléctrica Baterias de Lítio: Simulação da carga de Células de Lítio-Ion Bateria de Lítio-Ion Descarga Electróllito Cu Current Collector AL Current Cu Current Collector CollectorBaterias de Lítio: LiCoO2 LiMnO2 Grafite LiMO2 LiNiO2 SEI SEI 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 47
  48. 48. Mobilidade Eléctrica Baterias de Lítio: Reacções Químicas nas células de Lítio-IonBaterias de Lítio: 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 48
  49. 49. Mobilidade Eléctrica Pilhas/Baterias Recarregáveis Li-Ions: Estrutura/Funcionamento Numa bateria de iões de lítio, o lítio é o catião (é um ião com carga positiva) que viaja do ânodo para o cátodo. O Lítio (Li) é facilmente ionizado para formar (Li +) mais um electrão. O electrólito é tipicamente uma combinação de sais de lítio, como LiPF6, LiBF4 ou LiClO4, em um solvente orgânico, como éter. De grafite (carbono) é mais comummente usado para o ânodo, óxido de lítio e cobalto (LiCoO2) é o material do cátodo mais comuns. Esta combinação fornece uma voltagem de 3,6 Volts (V), mais que o dobro de uma bateria alcalina AA. Isso dá á baterias de iões de lítio uma a densidade energética muito melhor do que uma pilha alcalina comum ou bateria recarregável comum ou de outro material, como uma bateria NiMH. Isto é em parte porque o lítio é o terceiro elemento com menor peso a seguir ao hidrogénio e ao hélio, e, portanto, um ião de lítio pode transportar uma carga positiva ,Baterias de Lítio: numa quantidade muito pequena do espaço. É importante ter em mente, contudo, que as baterias de iões de lítio, têm muito menos densidade energética que os combustíveis fosseis ou mesmo os nossos alimentos, que armazenam a energia nas ligações químicas. Aumentar a densidade energética em determinado volume de bateria é um dos grandes desafios dos engenheiros e químicos de baterias de hoje. 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 49
  50. 50. Mobilidade Eléctrica Bateria de Iões de Lítio: Funcionamento durante a Carga e- e- Li+ Carga Li+ e- e- Li+ LiCoO2 LiMnO2 Li+Baterias de Lítio: LiNiO2 Electrólito condutor de Li+ LixC6 (Grafite) Reacções na Carga: Oxidação - Cátodo : LiCoO2  Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- Redução - Ânodo : xLi+ + xe- + C6  LiC6 Reacção Geral: Li(1-x)CoO2+LixC LiCoO2+C (3,7V) 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 50
  51. 51. Mobilidade Eléctrica Baterias de Lítio: Simulação da carga de Células de Lítio-Ion Bateria de Lítio-Ion Carga Electrólito Cu Current AL Current Collector CollectorBaterias de Lítio: LiCoO2 LiMnO2 Graphite LiMO2 LiNiO2 SEI SEI 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 51
  52. 52. Mobilidade Eléctrica Bateria de Iões de Lítio: Funcionamento Corrente ElectrãoBaterias de Lítio: Ião de Li LiCoO2 Separador Reacções na Carga: Electrólito LiMnO2 LiNiO2 Oxidação - Cátodo : LiCoO2  Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- Redução - Ânodo : xLi+ + xe- + C6  LiC6 Reacção Geral: Li(1-x)CoO2+LixC LiCoO2+C (3,7V) 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 52
  53. 53. Mobilidade Eléctrica Pilhas/Baterias Recarregáveis Li-ion Descarga Carga Barreira Sintética (Controla o fluxo e a libertação e rápida de energia )Baterias de Lítio: Ânodo (Composto de Lítio e Carbono) Cátodo (Óxido de Cobalto) Ião de Lítio 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 53
  54. 54. Mobilidade Eléctrica Bateria de Iões de Lítio:Baterias de Lítio: 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 54
  55. 55. Mobilidade Eléctrica Pilhas/Baterias Recarregáveis Li-Io: Funcionamento  As células das baterias de iões de lítio podem ter a forma cilíndrica, sendo quase idênticas às pilhas AA, ou podem ser prismáticas, o que significa que são quadradas ou rectangulares e uma “embalagem de metal” muitas vezes revestida exteriormente de polietileno. Esta caixa de metal tem uma longa espiral composta de três folhas finas coladas entre si: Um eléctrodo positivo. Um eléctrodo negativo. Um separador. E dispositivos de protecção.  Essas folhas estão submersas num solvente orgânico que age como electrólito. Éter é um dos solventes comuns. O separador é uma folha muito fina de plástico microperfurado. Como o nome indica, ele separa os eléctrodos positivos e negativos, permitindo a passagem de iões.  O eléctrodo positivo é feito de óxido de lítio e cobalto ou LiCoO2. O eléctrodo negativo é feito deBaterias de Lítio: carbono (grafite). Quando a bateria é carregada, os iões de lítio passam pelo electrólito do eléctrodo positivo para o eléctrodo negativo e se ligam ao carbono. Durante a descarga, os iões de lítio voltam ao LiCoO2 do carbono. Os principais materiais utilizados como cátodos são os óxidos litianados do tipo: LiMn2O4; LiCoO2 e LiNiO2. E os principais materiais utilizados como ânodos são compostos carbonáceos com estrutura grafítica. 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 55
  56. 56. Mobilidade Eléctrica Pilhas/Baterias Recarregáveis Li-Ions (cylindrical) 18650: Estrutura Terminal Positivo Vent. (Cátodo (+)) PTC Isolamento Barra do Cátodo Embalagem em aço (Ânodo (-) Isolamento Externo Separador (Vinil)Baterias de Lítio: Internal PCB protection prevents under- voltage at 2.5V and over-voltage at Barra do Ânodo 4.25V Ânodo Cátodo 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 56
  57. 57. Mobilidade Eléctrica Pilhas/Baterias Recarregáveis Li-Ions: Estrutura Células de iões de lítio, como a maioria das baterias, estão envolvidas numa embalagem de metal. O uso de metal é particularmente importante aqui, porque a bateria é pressurizada. Esta caixa de metal tem um respiradouro sensível á pressão. Ventilação FePO4, -Fosfato de Ferro - Recarregável Li/Al-MnO2- Dióxido de Manganésio -Recarregável. Li-CuCl2-Cloreto de Cobre - Recarregável. Li-CoO2- Dióxido de Cobalto Li-Bi2O3 – Trióxido de Bismuto Se a bateria ficar tão quente que corre o risco de explosão devidoBaterias de Lítio: ao excesso de pressão, essa abertura vai libertar a pressão extra. A bateria ficará provavelmente inutilizada, o que é algo a evitar, mas a abertura está lá apenas como medida de segurança. Assim com o dispositivo PTC (Coeficiente Positivo de Temperatura) um dispositivo que é suposto proteger a bateria contra superaquecimento. 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 57
  58. 58. Mobilidade Eléctrica Pilhas/Baterias Recarregáveis Li-Ions (cylindrical): Estrutura Terminal Positivo (Cátodo (+)) Vent. + PTC Isolamento Barra do Cátodo Embalagem em aço (Ânodo (-) SeparadorBaterias de Lítio: Barra do Ânodo Ânodo Cátodo 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 58
  59. 59. Mobilidade Eléctrica Pilhas/Baterias Recarregáveis Li-Ions (Prismatic) Cátodo (+) Vent. Eléctrodo Cátodo Eléctrodo ânodoBaterias de Lítio: Separadores Ânodo (-) 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 59
  60. 60. Mobilidade Eléctrica Pilhas/Baterias Li-Ions: Formatos Diversos Cylindrical Prismatic Polymer/laminatedBaterias de Lítio: Button 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 60
  61. 61. Mobilidade Eléctrica PC Battery Pack (cylindrical) – Estrutura/Funcionamento  A maior parte dos modernos PC’s portáteis, usa um Pack de baterias de tecnologia de iões de lítio ou iões de lítio c/ Polímero Circuito Regulador de Voltagem - Com tecnologia de comutação regulada por PWM tem por função controlar o fornecimento de tensão e corrente ao PC, de modo optimizado, e em função da carga das baterias. Sensores de Temperatura: cortam a corrente se as baterias entrarem em aquecimento excessivo, a fim de evitarem a detiorização das mesmas e efeitos explosivos. Células: Seis ou mais células, são montadas em série ou paralelo, conforme a tensão necessária a fornecer ao PC. Dentro de cada célula existem três camadas folheadas enroladas em espiral. Um líquido solvente orgânico, actua entre camadas como electrólito.Baterias de Lítio: Ânodo: Pólo Negativo. Tipicamente feito de aglomerado de Carbono. Cátodo: Pólo Positivo: Tipicamente feito de óxido de Lítio/Cobalto. Separadores: Fazem o isolamento entre o Cátodo e o Ânodo.  Cobalto: Usualmente produzido com subproduto nas minas de níquel e cobre. Produtores: Congo, China, Rússia, Austrália…  Lítio: Extraído principalmente a partir da água de nascentes ricas em minerais de lítio. Produtores: Chile, Argentina.. 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 61
  62. 62. Mobilidade Eléctrica PC Battery Pack (cylindrical) – Estrutura/Funcionamento  O Circuito monitor do estado de carga da bateria, é um pequeno computador que controla todo o processo de carregamento, para certificar-se que as baterias são carregadas o mais rapidamente e plenamente possível.  Se a bateria fica muito quente durante o carregamento ou o uso, o computador irá desligar o fluxo de energia para tentar esfriar as coisas.  Se você deixar seu portátil num carro extremamente quente e tentar usá-lo, este computador pode impedir de ligá-lo até que ele se resfrie. Se as células estiverem completamente descarregadas, a bateria será desligada porque asBaterias de Lítio: células estão defeituosas.  Ele também pode acompanhar o número de ciclos de carga / descarga e enviar informações para o medidor portátil de bateria pode dizer a quantidade de carga restante na bateria.  É um computador bem sofisticado, e ele recebe energia das baterias. Este consumo de energia é uma das razões porque as baterias de iões de lítio perdem 5 por cento de sua energia a cada mês, quando não são usadas. 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 62
  63. 63. Mobilidade Eléctrica PC Battery Pack (cylindrical) – Estrutura/Funcionamento Sensores Temperatura Células Ânodo (-) (Folha de Lítio) Separador Regulador de voltagemBaterias de Lítio: Ânodo (-) Cátodo (+) Separador Polímero (Electrólito) Cátodo (+) Rolo (Espiral) Colector de corrente 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 63
  64. 64. Mobilidade Eléctrica PC Battery Pack (cylindrical) – EstruturaBaterias de Lítio: 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 64
  65. 65. Mobilidade Eléctrica PC Battery Pack (cylindrical) – Inconveniente Solução: Volume não utilizadoBaterias de Lítio: 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 65
  66. 66. Mobilidade Eléctrica Pilhas/Baterias Recarregáveis Li-Ions (EV cilyndrical Battery Pack) 38120Baterias de Lítio: 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 66
  67. 67. Mobilidade Eléctrica Pilhas/Baterias Recarregáveis Li-Ions Cylindrical (EV Battery Pack) Área de arrefecimento Células Refrigeração Ligação da Tensão de Carregamento Módulo de Controlo e MonitorizaçãoBaterias de Lítio: Controlo das Células 2009 - Mercedes-Benz S400 BlueHYBRID lithium-ion battery pack 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 67
  68. 68. Mobilidade Eléctrica Baterias Recarregáveis Li-Ions - Sistema de Controlo (BCU) usada nos EV’sBaterias de Lítio: 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 68
  69. 69. Mobilidade Eléctrica Pilhas/Baterias Recarregáveis “Prisnatic Li-Ions”: Célula de alta capaciadade (EV) Terminal Positivo (+) Válvula de pressão Terminal Negativo (-) Ânodo (-) Cátodo (+) SeparadoresBaterias de Lítio: 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 69
  70. 70. Mobilidade Eléctrica Pilhas/Baterias Recarregáveis Li-Ions (Prismatic) para EV’s Célula de alta capaciadade (EV) PackBaterias de Lítio: LiFePO4 Uma célula prismática de Lítio-fosfato de ferro que, quando colocado em pack, será utilizada em sistemas de distribuição e armazenamento de energia e/ou veículos eléctricos. 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 70
  71. 71. Mobilidade Eléctrica Pilhas/Baterias Recarregáveis Li-Ions (Prismatic) para EV’s Pack com Sistema de Controlo (BCU) usada nos EV’sBaterias de Lítio: 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 71
  72. 72. Mobilidade Eléctrica Pilhas/Baterias Recarregáveis Li-Ions (Prismatic) Sistema A123 para EV’s Célula de Li-Ion de alta banda de compressão Tampas das ligações capaciadade (EV) Controlo ElectrónicoBaterias de Lítio: LiFeYPO4 Lithium Yttrium Iron Phosphate Placas Dissipadoras Células prismáticas Placas de Pressão Cobertura da Placa Electrónica 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 72
  73. 73. Mobilidade Eléctrica Pilhas/Baterias Recarregáveis Li-Ions (Prismatic) Sistema A123 para EV’s  Alta potência.  Baixa resistência interna.  Maior ciclo de vida (LPF, LMO/LTO).  Aceita carga rápida. Gama de temperaturas de operação mais baixa (- 40ºC). Mas….Baterias de Lítio:  Maiores problemas de segurança.  Densidade energética mais baixa.  Design complicado da bateria.  Maiores custos. 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 73
  74. 74. Mobilidade Eléctrica Baterias de iões de Lítio –VantagensBaterias de Lítio: 22-01-2012 Por : Luís Timóteo 74

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