BATERIA DE LITIO BISSULFETO DE FERRO - LIFES2 - 1,5V
Bateria de Litio Bissulfeto de Ferro - LiFeS2 - 1,5V
Figura 1 – Bateria de lítio-bissulfeto de ferro LiFeS2
O termo "bateria de lítio" refere-se a várias químicas diferentes que utilizam o lítio como ânodo, mas diferem no material do catodo, eletrólito e construção. Elas podem ser classificados de várias maneiras, mas um método conveniente é pelo material e voltagem do cátodo.
O uso de um cátodo de bissulfeto de ferro fornece uma bateria com uma voltagem nominal de 1,5 volts. A maioria das outras baterias de lítio são sistemas de 3,0 volts usando cátodos que incluem dióxido de manganês ou cloreto de tionila. Finalmente, as baterias de lítio não devem ser confundidas com baterias recarregáveis ??de lítio íon. As baterias de lítio íon não contêm lítio metálico.
As baterias de lítio-bissulfeto de ferro - LiFeS2 são fabricadas em uma configuração cilíndrica, nos tamanhos AA e AAA e por possuírem uma tensão de 1,5V podem substituir com vantagens as baterias comuns de Zinco-Carbono e as baterias alcalinas. Algumas das vantagens das baterias de lítio-bissulfeto de ferro (LiFeS2) sobre a química alcalina são:
- Compatibilidade direta em equipamentos que usam tamanhos de bateria de 1,5 volts "AA" e "AAA".
- Potência muito maior que as baterias de 1,5V de zinco-carbono e alcalinas.
- Fornece serviço mais demorado do que as baterias de zinco-carbono e alcalinas em aplicações de corrente elevada.
- Maior vantagem de serviço em relação a outros tipos de baterias primárias em baixas temperaturas extremas operando a -40 °C.
- Tensão operacional mais alta e curva de descarga mais plana do que outros tipos de baterias primárias.
- Resistência superior a vazamentos em comparação com outros tipos de baterias.
- Consideravelmente mais leve que outros tipos de bateria.
- Bom desempenho após armazenamento em alta temperatura de até + 60 °C.
- Sem adição de mercúrio, cádmio ou chumbo.
- Essas baterias têm melhor desempenho em alta corrente de descarga que as baterias alcalinas.
- Além disso, tem uma capacidade mais alta e uma resistência interna mais baixa do que a bateria alcalina.
- Baixa auto descarga, permitindo 15 anos de armazenamento em temperatura ambiente.
A tabela 1 mostra algumas características das baterias LiFeS2 em comparação com baterias alcalinas e baterias recarregáveis de NiMh.
Tabela 1 – Comparação entre baterias LiFeS2, Alcalinas e NiMh
As células de LiFeS2 não podem ser recarregadas. Tentar recarregar essas baterias pode causar vazamento ou explosão. As células LiFeS2 são fabricadas em formato cilíndrico, nos tamanhos AA e AAA e sua forma construtiva está mostrada na figura 2.
Figura 2 – Forma construtiva das baterias LiFeS2
As principais características das baterias LiFeS2, tamanho AA são mostradas na tabela 2. Estas especificações são apenas para servir como exemplo e podem variar conforme o fabricante da bateria.
Tabela 2 – Características da bateria LiFeS2 tamanho AA
A figura 3 mostra as dimensões das baterias LiFeS2, tamanho AA.
Figura 3 – Dimensões das baterias LiFeS2 – tamanho AA
As figuras 4 a 10 mostram as principais curvas de desempenho das baterias LiFeS2, tamanho AA. Essas curvas são para referência, podendo variar em função do fabricante da bateria.
Figura 4 – Curva de capacidade para bateria LiFeS2 – tamanho AA
Figura 5 – Curva de capacidade x tensão para bateria LiFeS2 – tamanho AA
Figura 6 – Curva de capacidade x temperatura para baterias LiFeS2 – tamanho AA
Figura 7 – Curva de resistência interna para baterias de LiFeS2 – tamanho AA
Figura 8 – Curva de resposta para pulsos de corrente para baterias LiFeS2 – tamanho AA
Figura 9 – Curva de horas de serviço x corrente de descarga para baterias LiFeS2 – tamanho AA
Figura 10 – Curva de tensão x horas de serviço com 50 mA para baterias LiFeS2 – tamanho AA
As principais características das baterias LiFeS2, tamanho AAA são mostradas na tabela 3. Estas especificações são apenas para servir como exemplo e podem variar conforme o fabricante da bateria.
Tabela 3 – Características da bateria LiFeS2 tamanho AAA
A figura 11 mostra as dimensões das baterias LiFES2, tamanho AAA.
Figura 11 – Dimensões das baterias LiFeS2 – tamanho AAA
As figuras 12 a 18 mostram as principais curvas e desempenho das baterias LiFES2, tamanho AAA. Essas curvas são para referência, podendo variar em função do fabricante da bateria.
Figura 12 – Curva de capacidade para bateria LiFeS2 – tamanho AAA
Figura 13 – Curva de capacidade x tensão para bateria LiFeS2 – tamanho AAA
Figura 14 – Curva de capacidade x temperatura para baterias LiFeS2 – tamanho AAA
Figura 15 – Curva de resistência interna para baterias de LiFeS2 – tamanho AAA
Figura 16 – Curva de resposta para pulsos de corrente para baterias LiFeS2 – tamanho AAA
Figura 17 – Curva de horas de serviço x corrente de descarga para baterias LiFeS2 – tamanho AAA
Figura 18 – Tensão x horas de serviço com 100 mA e 24? para baterias LiFeS2 – tamanho AAA
As baterias LiFeS2 têm uma sensibilidade à temperatura muito menor em comparação com outros sistemas químicos. A faixa de temperatura operacional recomendada é de -40 °C a + 60 °C.
Como em todos os sistemas de bateria, a vida útil é reduzida à medida que a temperatura de descarga é reduzida abaixo da temperatura ambiente como mostrado na figura 19.
Figura 19 – Curva de Capacidade x Temperatura – Bateria LiFeS2 – Tamanho AA
Temperaturas frias também diminuem a tensão de operação, reduzindo assim a produção de energia (figura 20). A capacidade da bateria não é perdida em temperatura baixa, mas é mais difícil acessar todo o potencial da bateria devido à lentidão das reações eletroquímicas, reduzindo a capacidade a altas taxas de corrente.
Figura 20 – Efeito da temperatura na tensão da bateria
Ao comparar o desempenho de temperatura fria da bateria LiFeS2 com uma bateria alcalina, a bateria LiFeS2 é afetada muito menos em correntes altas de descarga (figura 21) e opera em temperaturas nas quais as baterias alcalinas não funcionam.
Figura 21 – Comparação entre baterias LiFeS2 e Alcalinas
Por outro lado, temperaturas quentes podem aumentar o desempenho da bateria em aplicações com correntes contínuas muito altas que aumentam a temperatura da bateria (figura 22).
Em algumas aplicações, pode haver limites adicionais na temperatura máxima de descarga devido aos dispositivos de segurança limitadores de corrente da bateria.
A bateria LiFeS2 utiliza um PTC projetado para desligar de forma reversível a bateria em altas temperaturas. A temperatura ambiente e o aquecimento interno da bateria que ocorre durante a descarga afetarão a operação do PTC.
Figura 22 – Influência da temperatura na descarga em altas correntes
As baterias geram energia através de reações químicas e, normalmente, funcionam muito mais lentamente a temperaturas mais baixas. No entanto, mesmo a -40 ° C, as baterias LiFeS2 apresentam bom desempenho. As baterias de LiFeS2 têm uma voltagem operacional mais alta que as baterias alcalinas e recarregáveis ??de níquel metal hidreto (NiMh) e perfil de descarga mais plano em relação às alcalinas.
Essas características resultam em maior densidade energética (Wh/L) e em
(Wh/kg), especialmente em aplicações com correntes mais altas, nas quais as diferenças de tensão operacional são maiores (figura 23)
Figura 23 – Comparação da tensão entre baterias LiFeS2, alcalinas e NiMh
As baterias de LiFeS2 são adequadas para uso em uma ampla faixa de temperatura. Enquanto em temperaturas elevadas, todas as químicas mostram mudança mínima no desempenho versus ambiente.
A baixas temperaturas, a bateria de lítio oferece mais desempenho que as químicas alcalinas ou NiMh.
O gráfico a seguir (Fig. 24) mostra o impacto da temperatura na bateria de LiFeS2 de tamanho AA, na bateria alcalina e na bateria de NiMh.
Figura 24 – Comparação do efeito da temperatura nas baterias LiFeS2, alcalinas e NiMh
Figura 25 – Efeito da armazenagem nas baterias LiFeS2
O prazo de validade pode ser definido como o tempo em que a bateria fornecerá aproximadamente 95% de sua capacidade original (figura. 25).
A bateria de LiFeS2 reterá aproximadamente 95% de sua capacidade após mais de 20 anos de armazenamento.
Devido ao nível muito baixo de impurezas nos materiais utilizados e o alto grau de eficácia da vedação usado com baterias de lítio, a vida útil após armazenamento em alta temperatura é muito melhor em comparação com sistemas aquosos.
A temperatura de armazenamento recomendada para baterias de lítio é de -40 ° C a 60 ° C.
A exposição das baterias de lítio a temperaturas acima de 60 ° C pode provocar possíveis curtos-circuitos. Temperaturas frias tem pouco impacto na vida útil.