Imagine acordar em um mundo sem baterias de lítio. Seu Smartphone não existiria, os carros elétricos seriam impraticáveis e laptops estariam apenas nos filmes de ficção científica. Essa tecnologia silenciosa, escondida dentro de bilhões de dispositivos ao redor do planeta, transformou radicalmente nossa relação com a energia portátil nas últimas três décadas.
As baterias de Lítio representam uma das inovações mais importantes do final do século XX, conquistando um Prêmio Nobel de Química em 2019 para o seus desenvolvedores. Mas o que torna essas pequenas células de energia tão especiais? A resposta está na combinação única de densidade energética e capacidade de recarga que nenhuma outra tecnologia de bateria conseguiu igualar até hoje.
Mas o mesmo elemento que possibilita conectar o mundo traz desafios de segurança que exigem uma atenção rigorosa. Casos de incêndios despertam alerta sobre os riscos das chamadas fugas térmicas. Diante disso, quais os cuidados que devemos tomar para evitar esses acidentes?
A essência das Baterias de Lítio
As Baterias de lítio são componentes eletroquímicos que armazenam e convertem energia química em energia elétrica, liberando a energia através do movimento de íon de lítio entre dois eletrodos durante os ciclos de carga e descarga.
Diferentemente das pilhas comuns que você usa no controle remoto e depois descarta, as baterias de lítio são recarregáveis e podem completar centenas ou até milhares de ciclos de carga e descarga antes de perderem a sua capacidade.
Para entender o funcionamento das baterias de lítio, precisamos compreender seus componentes principais. Toda bateria possui três elementos essenciais: o ânodo, que é o eletrodo (polo) negativo; o cátodo, que é o eletrodo (polo) positivo; e o eletrólito, uma substância que permite o movimento de íon entre os eletrodos, mas bloqueia o fluxo de elétrons.
Eles são compostos da seguinte forma:
- Ânodo (eletrodo – polo negativo da bateria) – geralmente feito de grafite, um tipo específico de carbono com estrutura em camadas. O Ânodo é leve, condutor e poroso. Durante a carga da bateria, íon de lítio (átomos de lítio carregados eletricamente) se movem do cátodo para o ânodo e se alojam entre as camadas de grafite, como se estivessem entrando em pequenas prateleiras. Imagine o ânodo como um armazenamento temporário de lítio. Quando você usa a bateria para ligar um celular ou um notebook, esse íon sai do ânodo e voltam para o cátodo, liberando energia elétrica que alimenta o aparelho.
- Cátodo (eletrodo – polo positivo) – o cátodo é formado por óxidos metálicos que contém lítio, como o LiCoO2 (óxido de lítio de cobalto – comuns em baterias de celular e laptops) ou LifePO4 (fosfato de ferro de lítio – mais seguro e estável em baterias de carros elétricos e sistemas de armazenamento de energia). O cátodo funciona como uma fonte de íon de lítio. Durante a carga, ele libera o íon que atravessam o eletrólito e vão se alojar no ânodo. Durante a descarga, ele recebe de volta o íon do ânodo, liberando energia elétrica no processo.
- Eletrólito – ele é a estrada que permite a movimentação do íon de lítio entre o ânodo e o cátodo. É uma solução líquida ou de gel de sais de lítio dissolvidos em solventes orgânicos inflamáveis, que permite a movimentação do íon. O eletrólito não conduz eletricidade diretamente. Em vez disso, ele permite apenas a movimentação do íon de lítio. Essa movimentação é essencial para que a bateria funcione corretamente. Ou seja, os elétrons não passam por ele, mas fluem do ânodo para o cátodo através do circuito externo. Esse fluxo de elétrons é a corrente elétrica que faz o seu aparelho funcionar.
- Separador – é uma membrana porosa que fica entre o ânodo e o cátodo permitindo a passagem do íon. Ele impede o contato direto entre o ânodo e o cátodo, evitando curtos circuitos e incêndios. Você pode imaginar o separador como uma peneira muito fina, que deixa passar apenas o íon, mantendo os polos separados e seguros.
O termo bateria de lítio na verdade engloba várias tecnologias diferentes, mas quando falamos no contexto de eletrônicos, estamos quase sempre nos referindo às baterias de íon de lítio, também conhecidas pela sigla Li-ion
A escolha do lítio como elemento central não foi acidental. Entre todos os metais da tabela periódica, o lítio é o mais leve e possui o maior potencial eletroquímico para esta finalidade. Isso ignifica que uma bateria de lítio pode armazenar muito mais energia por unidade de peso quando comparada com tecnologias anteriores como níquel-cádmio ou níquel-metal-hidreto.
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Só de comparação, as baterias de lítio típicas oferecem entre 150 e 250 watt-hora por quilograma, enquanto uma bateria de níquel-metal-hidreto dificilmente ultrapassará 100 watt-hora por quilograma.
O segredo do sucesso das baterias de lítio está em sua altíssima densidade de energia (a capacidade de armazenar grandes quantidades de energia em pouco peso. Segundo a Agência Internacional de Energia (IEA), essa característica fez das baterias de lítio a tecnologia dominante do armazenamento portátil e na mobilidade elétrica.
Fabricação: da mineração ao pacote de energia
Em resumo, a produção das baterias de lítio envolve etapas precisas e controladas. Tudo começa com a produção dos materiais ativos dos eletrodos. O material do ânodo, geralmente grafite, passa por um processo de purificação e tratamento para criar a estrutura em camadas ideal para a intercalação do íon.
Com os eletrodos prontos, começa a montagem das células. Os eletrodos são cortados em tamanhos específicos e intercalados com separadores, membranas porosas ultrafinas que permitem o fluxo de íon, mas impedem que os eletrodos se toquem. Um curto circuito entre ânodo e cátodo seria catastrófico, gerando calor intenso instantaneamente.
Depois da montagem física, a célula é colocada em seu invólucro e conectada aos terminais. O próximo passo é crucial: é a injeção do eletrólito. Esse processo acontece em atmosfera controlada, muitas vezes em câmaras com argônio ou nitrogênio, porque o eletrólito é extremamente reativo e a célula é selada hermeticamente.
Em ambientes industriais, como as grandes instalações industriais da Tesla e da CATL (gigante chinesa de baterias para carros elétricos), robôs automatizados executam cada etapa para minimizar a contaminação. A pureza e o controle de umidade são críticos, até traços de vapor d’água podem reagir com o eletrólito e comprometer toda a célula.
O processo de carga e descarga da bateria
Durante a descarga, o íon saem do ânodo e migram pelo eletrólito em direção ao cátodo, liberando os elétrons. Como dito antes, esses elétrons fluem pelo circuito externo, gerando a corrente elétrica que alimenta nossos dispositivos
O fluxo de elétrons é o coração do processo. Enquanto o íon de movem internamente, os elétrons percorrem o caminho oposto, fornecendo energia ao circuito. Quando você conecta o carregador, o processo se inverte. A corrente elétrica força os elétrons de volta ao ânodo, e o íon a voltarem do cátodo para o ânodo, armazenando energia novamente na bateria.
O íon literalmente se intercalam entre as camadas de grafite do ânodo. Esse processo é chamado de intercalação e é uma das chaves para a eficiência das baterias de lítio.
Processo de carga e descarga (Imagem: Reprodução/sta-eletronica.com.br)
A beleza desse sistema está na sua reversibilidade. O íon de lítio podem viajar de um lado para o outro centenas ou milhares de vezes com perda mínima de material. Não há reações químicas destrutivas significativas acontecendo, apenas o movimento ordenado de íon e elétrons. É como uma dança perfeitamente coreografada em escala atômica.
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A voltagem de uma célula individual de íon de lítio é tipicamente de 3,6 a 3,7 volts, muito mais alta que os 1,2 volts de uma célula de níquel-metal-hidreto ou os 1,5 volts de uma pilha alcalina comum. isso significa que você precisa de menos células conectadas em ´serie para atingir a voltagem necessária para um dispositivo o que reduz o peso e o volume total da bateria.
Todo esse ciclo é gerido por um sistema de controle conhecido como BMS (Battery Management System), Sistema de gerenciamento de bateria, que é o cérebro controlador por trás desse processo.
A importância do sistema de gerenciamento
Toda a bateria de lítio moderna inclui um componente crucial chamado BMS. Ele monitora constantemente a voltagem, a corrente e a temperatura de cada célula da bateria, a fim de prevenir sobrecargas e controlando o equilíbrio entre essas células para otimizar a vida útil da bateria e garantir uma operação segura. O BMS é crucial para evitar falhas, como superaquecimento ou curto circuito interno.
O BMS impede situações perigosas, como carregar demais a bateria a ponto de causar a deposição de lítio metálico no ânodo. Também previne descargas excessivas, que pode danificar os materiais dos eletrodos. Além disso, os sistema controla a temperatura desconectando a carga de bateria se detectar que a carga está completa ou um aquecimento excessivo que poderia levar a uma reação térmica descontrolada.
Acidentes e o risco da fuga térmica: quando o Lítio perde o controle
Mais uma vez as baterias de lítio se tornou protagonista de uma manchete. No dia 18 de outubro, o voo CA139 da Air China, que ia de Hangzhou para Seul precisou fazer um pouso de emergência após um incêndio causado por uma bateria de lítio no compartimento de bagagem de mão.
A cena registrada no vídeo, mostrou fumaça e pânico na cabine. Felizmente, não houve feridos, mas o incidente serviu como um alerta. O motivo: a fuga térmica, um fenômeno químico de aquecimento descontrolado dentro de uma célula de lítio.
O que é a fuga térmica?
A fuga térmica ocorre quando uma célula de bateria entra em colapso interno, liberando calor mais rápido do que consegue dissipar. Isso provoca uma reação em cadeia que faz a temperatura subir exponencialmente.
Em uma aeronave pressurizada, os efeitos são potencializados:
- O calor extremo pode propagar entre as células vizinhas em segundos, gerando uma cascata de falhas.
- O cátodo, ao se decompor, libera oxigênio, o que significa que alimenta o fogo.
- O eletrólito inflamável e os gases tóxicos liberados tornam a funaça tão perigosa quanto as chamas.
- Em casos extremos, o calor pode danificar sistemas elétricos da aeronave.
Como destaca a Administração Federal de Aviação (FAA), o fogo de lítio é autossustentável, e não depende do oxigênio externo e só cessa quando o material ativo é totalmente consumido.
Causas da fuga térmica
No caso da Air China, os gatilhos para a fuga térmica são previsíveis. Entre as principais causas estão:
- Danos físicos: impactos durante o transporte podem deformar o separador e criar curtos internos. O manuseio da bagagem, ou um impacto anterior, pode ter causado um curto circuito que só se manifestou sob o estresse do voo.
- Sobrecarga elétrica: quando o BMS falha e permite tensão acima do limite
- Baixa qualidade ou defeitos de fabricação: muitas baterias de lítio de baixo custo podem ter impurezas metálicas microscópicas que podem perfurar o separador ou possuir um separador de baixa qualidade que pode levar a uma falha espontânea
- Regulamentação e Certificação: o fato de a China ter proibido meses antes algumas baterias portáteis sem certificação de segurança, sugere que uma grande parte do problema está em produtos que não cumprem os padrões mínimos de segurança.
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No caso da Air China, autoridades investigam se o dispositivo envolvido era um power bank não certificado. A China havia recentemente reforçado a exigência de Certificação Compulsória da China (CCC) para produtos que contenham lítio no intuito de buscar eliminar itens de baixa qualidade no mercado chinês.
Como evitar acidentes com Baterias
- Verifique suas baterias e alguns sinais de desgaste: evite comprar baterias ou power banks sem marca ou com preço suspeito. Se notar inchaço, vazamento, odor químico ou aquecimento sem motivo, indicam que algo está errado. Nesses casos, não tente desmontar ou pressionar a carcaça. Leve o aparelho imediatamente a uma assistência técnica.
- Nunca carregue durante o voo ou por longos períodos durante á noite: O momento de carregamento é o de maior estresse químico nas baterias de lítio.
- Evite contato metálico: use capas ou sacos isolantes para proteger os terminais.
- Use sempre carregadores originais ou certificados: Verifique se o carregador tem o selo do INMETRO ou certificações internacionais como UL (Underwriters Laboratories). Carregadores originais possuem chips de controle que limitam a corrente e evitam sobrecargas. Um bom carregador reconhece quando a bateria está cheia e interrompe automaticamente o fluxo de energia, algo que produtos que são falsos não fazem.
- Evite usar o aparelho enquanto carrega: Usar o celular conectado à tomada aumenta a temperatura e força o circuito de carga. Jogos, vídeos e transmissões ao vivo exigem alto consumo de energia, o que pode gerar calor suficiente para desestabilizar a bateria. Espere o carregamento terminar e também retire a capa protetora para melhorar a dissipação térmica.
- Mantenha o ambiente ventilado durante o carregamento: Ambientes abafados são inimigos das baterias de lítio. Ao carregar notebooks, evite deixá-los sobre o sofá, a cama ou o travesseiro. Prefira superfícies rígidas e ventiladas, como mesas e bancadas.
- Evite temperaturas extremas: Evite expor o celular a temperaturas abaixo de 0 ºC ou acima de 40 ºC. Esses limites reduzem a estabilidade do íon e podem causar curtos.
O que fazer se uma bateria começar a superaquecer ou pegar fogo
Em caso de aquecimento anormal, odor forte ou fumaça, siga estas etapas recomendadas por especialistas em segurança e órgãos internacionais como a National Fire Protection Association (NFPA), a U.S. Consumer Product Safety Commission (CPSC), e a Battery University:
- Desconecte o carregador imediatamente no caso de aquecimento: isso interrompe a alimentação de energia e evita que o superaquecimento continue.
- Afaste o aparelho de objetos inflamáveis: Coloque-o longe de cortinas, papéis ou tecidos que possam pegar fogo facilmente.
- Coloque-o sobre uma superfície metálica ou de cerâmica: Segundo o National Renewable Energy Laboratory (NREL) superfícies não inflamáveis ajudam a dissipar o calor e a conter possíveis aquecimentos.
- Nunca use água para apagar fogo de bateria: A NFPA e o NREL alertam que a reação química entre a água e os componentes metálicos pode liberar gases tóxicos e piorar o incêndio
- Utilize extintores de classe D (para metais) ou cubra o aparelho com areia até que o fogo cesse: A Battery University explica que a areia é eficaz porque isola o oxigênio e ajuda a conter o fogo químico sem ocasionar reação com os metais.
- Após algum incidente ou sinais de desgaste, inchaço ou vazamento, não tente reutilizar a bateria: De acordo com o CPSC, baterias que sofreram superaquecimento ou incêndio perdem a estabilidade interna e devem ser encaminhadas para o descarte especializado em pontos autorizados.
Apesar de toda a engenharia sofisticada, as baterias de lítio inevitavelmente degradam com o tempo de uso. Vários mecanismos contribuem para essa degradação. A temperatura tem efeito profundo na degradação. Operar baterias de lítio em altas temperaturas acelera dramaticamente as reações químicas indesejadas.
