Diferentes tipos de baterias:um guia completo

Todos os dispositivos eletrônicos requerem uma fonte de energia para funcionar. Aliás, as baterias são a fonte de energia mais comum no mundo moderno. Isso porque eles possibilitam a fabricação de eletrônicos de dispositivos portáteis.

Pode-se dizer que toda a indústria eletrônica depende de baterias. No entanto, se você é um engenheiro eletrônico iniciante, provavelmente está tentando avaliar o melhor tipo de bateria para seu próximo projeto eletrônico. O guia a seguir abordará todos os diferentes tipos de baterias, o que as torna únicas e seus usos.

O que é uma bateria?

Uma pilha de baterias

As baterias são dispositivos de armazenamento de energia. Tradicionalmente, usamos baterias para alimentar pequenos dispositivos eletrônicos, como lanternas. No entanto, você pode encontrar baterias em qualquer dispositivo que exija uma fonte de energia portátil para funcionar nos dias de hoje.

Como seus casos de uso e finalidades podem variar, as baterias vêm em todas as formas e tamanhos. Por exemplo, não podemos esperar usar pilhas AAA para alimentar um carro de maneira otimizada. Assim, os carros exigem uma bateria recarregável de tamanho especial para funcionar corretamente.

Como funcionam as baterias?

As baterias armazenam energia elétrica como energia química. Quando carregamos uma bateria (recarregável), ela converte a energia elétrica e a retém como energia química. Quando usamos a tempestade, ocorre uma reação química e a bateria libera sua carga como eletricidade.


circuito de bateria e lâmpada

Por exemplo, a lâmpada no circuito simples acima exigirá que um mar de elétrons flua através dela para funcionar. Assim, a bateria fornecerá a força necessária para impulsionar os elétrons através da lâmpada. Precisamos conectar a luz aos terminais positivo e negativo da bateria para completar o circuito. Se houver carga suficiente na tempestade, a lâmpada acenderá.

No entanto, é importante lembrar que a bateria só pode empurrar os elétrons pelo circuito por um período limitado de tempo. Essencialmente, esse limite de tempo depende da quantidade de energia armazenada (carga) e da demanda da carga. No nosso exemplo, a lâmpada é a nossa carga, e o mercado refere-se à energia necessária para funcionar. Assim, a bolsa é qualquer componente que necessite de eletricidade para funcionar. No que diz respeito às PCBs, esses componentes podem ser diodos, microchips (circuitos integrados), etc.

Diferença entre uma célula e uma bateria

Uma imagem aproximada de vários tipos de baterias

Uma célula elétrica é um componente de unidade única que funciona fundamentalmente da mesma maneira que uma bateria – convertendo energia química em eletricidade. Uma tempestade é um grupo ou coleção de células. No entanto, a forma mais popular de célula elétrica é a célula botão. As pessoas também se referem a ela como uma bateria de moedas. Essa ação não é necessariamente incorreta. Uma célula singular pode estar em um grupo que compõe uma bateria.

Tipos de baterias

Imagens vetoriais de baterias

As baterias se dividem em duas categorias principais:

• Baterias primárias: Pilhas descartáveis ​​que não podemos recarregar. Como tal, as pessoas às vezes se referem a elas como baterias de uso único ou descartáveis. A maior vantagem dessas baterias é que elas podem produzir corrente imediatamente após a montagem. Costumamos usá-los em dispositivos portáteis com baixo consumo de corrente ou usos intermitentes.
• Baterias secundárias: Muitas vezes nos referimos a essas baterias como baterias recarregáveis. Os fabricantes normalmente os montam com os materiais ativos no estado descarregado. Os usuários podem recarregá-los aplicando uma corrente elétrica. Aliás, o carregamento reverte as reações químicas que ocorrem durante o seu uso. Executamos o carregamento usando dispositivos que chamamos de carregadores e/ou recarregadores. A recarga e a descarga podem ocorrer várias vezes, dependendo do tipo de bateria (material).

Tipos de baterias primárias:

• Bateria de zinco-carbono

Bateria de zinco-carbono
Fonte:Wikimedia Commons

As baterias de zinco-carbono são as baterias primárias domésticas de menor custo. Eles dispersam a corrente usando uma reação química entre o dióxido de manganês zinco-ácido. No entanto, a desvantagem mais significativa das baterias de zinco-carbono é sua baixa potência. No entanto, isso também resulta em uma baixa taxa de autodescarga, o que lhes confere uma vida útil excepcional. As baterias de zinco-carbono são mais adequadas para relógios e controles remotos.

• Pilha alcalina

Imagem de bateria alcalina

Pixabay

As baterias alcalinas não recarregáveis ​​são os tipos de baterias primárias domésticas mais usadas. Eles usam uma reação eletroquímica entre zinco metálico e dióxido de manganês para manter e dispersar cargas. Aliás, sua popularidade atual é derivada de sua alta potência por uso. Pelo menos em comparação com as baterias de carbono-zinco (e a maioria das baterias secundárias). Além disso, eles tendem a ter uma vida útil superior.

Bateria de lítio (ou baterias de metal de lítio)

Bateria de célula de botão de lítio
Fonte:Wikimedia Commons

As baterias primárias de lítio usam um material de lítio metálico como ânodo. Aliás, eles superam as baterias de zinco-carbono e alcalinas em potência por uso devido à sua alta densidade de carga. Além disso, baterias e células de metal de lítio têm uma vida útil incrível.

Eles podem durar bem mais de uma década e podem trabalhar sob baixas temperaturas. No entanto, as baterias de lítio não são tão populares ou prontamente disponíveis quanto as baterias de carbono e alcalinas de zinco por causa de seus altos custos de produção.

No entanto, baterias e células de metal de lítio podem produzir tensões entre 1,5V e 3,7V. Como tal, os fabricantes normalmente os embalam em formatos menores.

Baterias de lítio de tamanho maior têm maior risco de instabilidade, mas ainda podemos usá-las em aplicações militares.

Bateria de óxido de prata

Uma coleção de baterias de óxido de prata da Maxell
Fonte:baterias de óxido de prata

As baterias de óxido de prata são predominantes no Japão, mas não tanto no resto do mundo. Eles usam óxido de prata para seus cátodos e zinco para seus ânodos. Enquanto eles têm uma alta densidade de energia, eles são muito caros. Podemos atribuir isso ao material catódico (prata) necessário para fabricá-los. A prata é um metal precioso. Assim, nós os usamos principalmente em projetos de baterias de moedas onde a quantidade de prata necessária é pequena.

Bateria de zinco-ar

Baterias de moedas de zinco-ar
Fonte:Wikimedia Commons

Muitas pessoas consideram as baterias de zinco-ar alternativas aceitáveis ​​às baterias de óxido de prata. Eles usam o oxigênio do ar circundante como um cátodo enquanto alojam o ânodo dentro da célula elétrica. Devido à sua alta densidade de energia, eles são mais adequados para dispositivos médicos, como aparelhos auditivos e marca-passos. Aliás, podemos atribuir sua longa vida à sua composição e estrutura.

Bateria de mercúrio

Bateria de mercúrio
Fonte:Wikimedia Commons

A bateria de mercúrio (também conhecida como bateria/célula de óxido de mercúrio ou Ruben-Mallory) é uma bateria não recarregável que usa uma reação eletroquímica entre eletrodos de óxido de mercúrio e zinco em um eletrólito alcalino. Eles têm uma capacidade maior do que as baterias de zinco-carbono e fornecem uma saída estável e confiável.

Normalmente, as baterias de mercúrio geralmente vêm na forma de baterias de moedas. Eles estavam na moda durante a Segunda Guerra Mundial. No entanto, é quase impossível encontrá-los hoje em dia. No entanto, devido à toxicidade do mercúrio para o meio ambiente e a saúde humana, muitos países proibiram suas vendas.

Tipos de baterias secundárias:

• Pilha alcalina recarregável

Bateria alcalina recarregável
Fonte:Wikimedia commons

O recarregável versão de baterias alcalinas é a bateria recarregável mais acessível. Além disso, eles têm uma longa vida útil. Eles são úteis para aplicações de potência moderada. Apesar de seu curto ciclo de vida (em comparação com outras baterias secundárias), elas ainda estão na moda. Por não usarem materiais tóxicos, os usuários podem descartá-los com segurança em aterros sanitários regulares – desde que os regulamentos locais o permitam.

Níquel-cádmio

Bateria de níquel-cádmio
Fonte:Wikimedia Commons

As baterias recarregáveis ​​de níquel-cádmio (Ni-Cd) são muito apreciadas devido à sua robustez e confiabilidade. Eles têm uma faixa de temperatura operacional variada e uma longa vida útil. Além disso, e mais importante, eles têm capacidades de alta potência. No entanto, eles tendem a ter um baixo tempo de execução por carga. Outra desvantagem é sua taxa de auto-descarga geralmente alta (30% ao mês). Mas isso não é um grande problema, considerando que eles são recarregáveis.

No entanto, outra característica indesejável do Níquel Cádmio está em sua composição. Aproximadamente 15% da maioria das baterias de Ni-Cd consistem em cádmio tóxico e cancerígeno. Assim, consumidores e fabricantes não podem descartá-los em aterros sanitários. Devemos reciclá-los com cuidado.

Níquel-hidreto metálico

Bateria de níquel-hidreto metálico
Fonte:Wikimedia Commons

As baterias recarregáveis ​​de níquel-hidreto metálico (NiMH) são uma iteração aprimorada das antigas baterias de níquel-cádmio. Eles fornecem a mesma tensão, mas oferecem até 30% mais capacidade. Além disso, eles têm excelentes capacidades de alta corrente e longos ciclos de vida.

As baterias de níquel-hidreto metálico podem descarregar até 40% de sua carga todos os meses. No entanto, a taxa de autodescarga das baterias de níquel-hidreto metálico é decepcionantemente maior do que as baterias de níquel-cádmio. No entanto, as baterias de níquel-hidreto metálico ainda são superiores às baterias de níquel-cádmio porque não contêm cádmio tóxico.

Apesar disso, eles ainda contêm grandes quantidades de óxidos de níquel e traços de cobalto. Estes podem ser cancerígenos para organismos mamíferos. Portanto, você deve reciclar as baterias de níquel-hidreto metálico com cuidado.

Bateria de íon de lítio

baterias de telefone celular de íon de lítio


As baterias recarregáveis ​​de íon de lítio (Li-ion) são o tipo mais novo de bateria secundária. Geralmente, eles são 30% mais leves que o hidreto de níquel-metal. Além disso, eles fornecem pelo menos um terço de mais baterias de níquel-cádmio de capacidade de energia.

As baterias de íons de lítio têm excelentes capacidades de alta corrente. Além disso, eles têm ciclos de vida longos. Além disso, eles têm uma taxa de auto-descarga de 20% ao mês. Assim, podemos supor que as baterias de íons de lítio são superiores às baterias à base de cádmio em quase todos os aspectos. No entanto, eles não são tão robustos. Por exemplo, as baterias de íons de lítio são suscetíveis ao superaquecimento, o que pode causar incêndios.

Além disso, embora estejam livres de cádmio tóxico, a maioria das baterias de íons de lítio ainda contém vestígios de óxidos de cobalto e óxidos de níquel. Mais uma vez, esses produtos químicos são cancerígenos e destrutivos para a saúde humana. Portanto, você deve descartar e reciclar as baterias de íons de lítio com cuidado.

Bateria de ácido-chumbo

As baterias de chumbo-ácido normalmente fazem parte do sistema elétrico de um veículo motorizado

As baterias de chumbo-ácido são os tipos de baterias recarregáveis ​​mais procurados no mundo. Isso se deve principalmente à sua confiabilidade e à viabilidade financeira de sua produção. No entanto, eles não são muito portáteis porque tendem a ser volumosos, pesados ​​e superdimensionados. Além disso, o chumbo é um composto químico cancerígeno altamente tóxico.

Portanto, não devemos descartar baterias de chumbo-ácido em aterros sanitários regulares e locais de resíduos. Os fabricantes reciclam e reutilizam baterias de chumbo-ácido velhas e danificadas para produzir novas baterias de chumbo-ácido.

Por que nem todos os tipos de bateria são recarregáveis?

Imagem vetorial de carregamento da bateria

Quando recarregamos uma bateria secundária, não apenas forçamos os elétrons de volta à tempestade, mas também revertemos os materiais químicos dentro da bateria ao seu estado inicial de carga. Quando os fabricantes criam baterias primárias, eles montam os materiais em um estado carregado. Usar a carga em uma bateria primária reconfigura permanentemente os materiais dentro dela. Após o processo de reconfiguração, ele não pode realizar outro pedido.

Por outro lado, as baterias secundárias ativam uma reação química para gerar carga e retornar ao seu estado original por meio de recarga. Claro, eles têm que usar certos materiais e produtos químicos compatíveis com essas mudanças.

Aplicativos de bateria

Homem verificando a bateria de um carro

Algumas das aplicações mais comuns para baterias incluem:

• Alarmes
• Circuitos de comunicação
• Relógios
• Controles remotos
• Marcapassos
• Aparelhos auditivos
• Fones de ouvido sem fio
• Veículos motorizados
• Periféricos de computador sem fio (teclados e mouses)
• Dispositivos de jogos portáteis (Game Boys)
• Relógios inteligentes

Como escolher uma bateria?

Mulher segurando uma pilha de diferentes tipos de baterias

Agora que você está familiarizado com todos os tipos de bateria disponíveis, você precisa decidir qual é a melhor para o seu projeto. Quando as pessoas selecionam baterias, elas tendem a equilibrar custo e desempenho. No entanto, existem outras especificações que você deve considerar. Esses incluem:

• Tipo de bateria: Primário (não recarregável) ou secundário (recarregável)
• Capacidade: A quantidade de energia/eletricidade que uma carga pode descarregar de uma bateria. Geralmente denotamos isso usando amp-hr. Por exemplo, uma bateria de 500 mah pode descarregar um miliampere por hora.
• Prazo de validade: A quantidade de tempo que uma bateria pode manter sua carga enquanto permanece sem uso.
• Temperatura de operação da bateria: Representa quão quente uma bateria fica enquanto você a está usando ou recarregando. Consequentemente, esta especificação o ajudará a determinar se você precisa de um dissipador de calor ou resfriador para sua bateria.
• Taxa de recarga: Descreve a rapidez com que uma bateria recarregável pode recarregar
• Duração da bateria: Descreve o número de vezes que podemos recarregar e descarregar uma bateria secundária. Alternativamente, podemos usá-lo para indicar por quanto tempo podemos usar uma bateria primária.

Conclusão

Não há soluções únicas de bateria no mercado para todos os dispositivos portáteis operados por bateria. Como os dispositivos eletrônicos vêm em todas as formas, tamanhos e robustez, eles exigem uma fonte de alimentação mais adequada para seus requisitos de espaço e carga. Assim, existe uma variedade de baterias com suas vantagens e desvantagens. O guia acima destacou isso exibindo todos os tipos de baterias atualmente disponíveis. Lembre-se de descartar e reciclar as baterias usadas com cuidado. No entanto, esperamos que você tenha achado este guia útil. Como sempre, obrigado por ler.