Novas gerações de baterias para carros elétricos estão ampliando a capacidade e autonomia - Parte 2

Atualmente temos três tipos principais de baterias de íons de lítio (li-íon): 

• Células cilíndricas; 
• Células prismáticas; e 
• Células de bolsa.

O que predomina nas montadoras de carros elétricos são as células cilíndricas e prismáticas, sendo o formato cilíndrico o mais utilizado, mas nada impede que as células prismáticas sejam utilizadas em larga escala.

Para esclarecer as diferenças, uma célula prismática mantém a sua química dentro de um invólucro rígido na forma retangular, que caracteriza seu formato, facilitando o empilhamento com várias unidades em um módulo de bateria. 

As células prismáticas podem ser de duas formas, as enroladas possuem folhas de eletrodos dentro de um invólucro (ânodo, separador, cátodo) e podem liberar mais energia de uma só vez, oferecendo melhor desempenho.

A outra é achatada, contém mais energia e garante maior durabilidade. Seu formato maior permite aplicações de uso intensivo de energia como nos carros e caminhões, assim as células prismáticas podem avançar no segmento de veículos elétricos.

Em comparação com as células prismáticas, as células cilíndricas mantém a sua química dentro de um invólucro rígido, que geralmente é de lata. Uma de suas vantagens é que são pequenas e redondas, permitindo ser utilizada em dispositivos pequenos, médios e grandes. Outra grande vantagem devido ao seu formato é que evita o inchaço, que ocorre em baterias nas quais os gases se acumulam no invólucro. 

Células cilíndricas se tornaram mais conhecidas quando foram usadas em notebooks, mas a surpresa maior foi quando a Tesla utilizou estas mesmas células em seus primeiros carros elétricos como o Model S, só que nestes modelos de carros, chegavam a ter entre 6 mil e 9 mil células. 

Apenas para se ter uma ideia da amplitude de usos deste tipo de célula cilíndrica, elas possuem aplicações no setor aeroespacial em satélites, no explorador Rover enviado ao planeta Marte além do primeiro helicóptero a voar fora do planeta Terra, o Ingenuity que voou em Marte.

O mesmo tipo de célula utilizada no Rover também é utilizado nos carros de corrida da Fórmula E, que exigem alto desempenho. 

Podemos verificar diferenças importantes entre as células prismáticas e cilíndricas além do seu tamanho, o número de conexões elétricas e sua potência de saída.

Com relação ao tamanho, as células prismáticas são muito maiores do que as células cilíndricas, logo armazenam mais energia por célula. 

Para exemplificar uma diferença aproximada, uma única célula prismática pode conter a mesma quantidade de energia de 20 a 100 células cilíndricas. A grande vantagem está no seu tamanho menor, permitindo ser usada para aplicações que requerem menos energia. 

Como as células prismáticas são maiores que as células cilíndricas, são necessárias menos células para atingir a mesma quantidade de energia. Isso significa que para o mesmo volume, baterias que utilizam células prismáticas possuem menos conexões elétricas que precisam ser soldadas. Esta é uma grande vantagem para células prismáticas porque há menos oportunidades para defeitos de fabricação.

As células cilíndricas podem armazenar menos energia do que as células prismáticas, mas têm mais poder. Isso significa que as células cilíndricas podem descarregar sua energia mais rapidamente do que as células prismáticas. A razão é que elas têm mais conexões por ampere-hora (Ah). Como resultado, as células cilíndricas são ideais para aplicações de alto desempenho, enquanto as células prismáticas são ideais para aperfeiçoar a eficiência energética. 

Por último, as células de bolsa não têm uma estrutura externa rígida e usam uma folha flexível selada como recipiente da célula e as camadas de eletrodo e separador de uma célula de bolsa são empilhadas. 

Neste tipo de célula de bolsa, o espaço de instalação deve ser suficiente para prever uma possível dilatação ou inchaço. Os módulos com células de bolsa acomodam as células em fileira e com os conectores  posicionados no mesmo lado ou nos lados opostos. As células de bolsa podem ser conectadas por soldagem adesiva e em pontes guia. Além disso, elas podem ser conectadas por encaixe usando parafusos e barramentos como uma ponte sem placas de suporte.

As células de bolsa possuem uma construção macia que requer o uso de uma estrutura de suporte para essas células. Além disso, a célula não deve ser colocada perto de bordas afiadas, prevenindo acidentes.

As baterias de bolsa são adequadas para pequenos espaços devido ao seu desenho, são leves, simples e flexíveis.

Normalmente estas bolsas macias são feitas de polímeros de lítio, que são menos duráveis e de menor potência do que as baterias de íons de lítio como as baterias cilíndricas. Umidade elevada e altas temperaturas podem reduzir seu tempo de vida útil, e a expansão ou inchaço das baterias de bolsa é seu principal problema devido à geração interna de gás causada pela carga e descarga.

A embalagem de filme plástico de alumínio tem um certo grau de flexibilidade e no caso de um problema de segurança, a bateria vai inchar e rachar, mas não vai explodir ou causar um incêndio porque o gás não pode ser liberado.

A faixa de capacidade aproximada da célula é de 2,5 a 8 Ah e o peso aproximado é de 75 a 225 g, sendo o menor peso entre todos os tipos de células.

Por serem flexíveis, cabem facilmente no espaço disponível em produtos como smartphones, drones, laptops e outros.

Vantagens das células de bolsa:

● Desempenho e segurança.

● Vem embalada com invólucro de folha de alumínio revestido com polímero, tornando-a leve.

● Quando houver um problema, ele apenas inchará e não explodirá. 

● Sua resistência interna é inferior a 35mΩ e devido a esta baixa resistência interna, ela terá autodescarga muito baixa, aumentando o seu tempo de armazenamento.