A bateria e suas características

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A bateria hoje, está presente em grande parte dos equipamentos que utilizamos no nosso dia a dia, e com a evolução da tecnologia, com certeza esse item estará presente cada vez em mais aplicações. Imaginem a seguinte situação, se tudo que você utiliza hoje, que é elétrico e claro, utiliza bateria, fosse à combustão e liberasse aquele “ótimo” cheiro que os nossos carros liberam pelo escape. Seria praticamente impossível viver em um mundo assim, a bateria é essencial no nosso dia a dia, e sua evolução é indispensável para um planeta mais limpo e sustentável.

Então, vamos entender um pouco mais sobre esse item que tanto nos cerca e poucos o conhecem de verdade. Uma bateria possui diversas células eletroquímicas que podem ser conectadas em série, em paralelo ou em série/paralelo. Sua principal função é armazenar energia química e converter em energia elétrica, através de reações eletroquímicas.

 

funcionamento de uma bateria

Figura 1 – Célula eletroquímica. Fonte: (KUSIAK, R. S, 2016).

 

Analisando a Figura 1, a célula eletroquímica possui dois “terminais” metálicos, chamados de eletrodos. O eletrodo com polaridade negativa é chamado de anodo e o eletrodo com polaridade positiva é chamado de catodo. Quando uma bateria está sendo descarregada, a corrente elétrica sai do anodo e vai para o catodo, ou seja, ocorre uma oxidação no anodo liberando elétrons e uma redução no catodo armazenando elétrons. E quando uma bateria está sendo carregada, a corrente elétrica sai do catodo e vai para o anodo, ou seja, ocorre uma redução no anodo recebendo elétrons e uma oxidação no catodo liberando elétrons.

Para que a corrente elétrica possa fluir de um eletrodo para o outro, eles devem ser separados por algum eletrólito condutor de eletricidade, o qual pode ser líquido ou sólido.  Esse eletrólito é responsável pelo transporte das cargas elétricas através de íons.

Quando não possui nenhum fluxo de corrente elétrica, ou seja, não há transporte de elétrons, a bateria se encontra em processo de recuperação. Então mesmo que a bateria se encontre “parada”, os elétrons dentro dela ainda estão se movimentando. Nesse processo, os elétrons que estão no eletrólito se reorganizam de forma uniforme durante um certo tempo, que varia de bateria para bateria. Esse processo de recuperação aumenta a capacidade da bateria, porque faz com que uma maior quantidade de carga esteja disponível. Para entender melhor os processos que ocorrem na bateria, a figura 2 mostra seus estados de operação, incluindo o processo de recuperação.

 

funcionamento de uma bateria

Figura 2 – Estados de operação da bateria. Fonte: (KUSIAK, R. S, 2016).

 

Analisando a figura 2, é possível perceber que na situação (a), a bateria se encontra totalmente carregada, ou seja, possui elétrons em todo o eletrólito. Quando a bateria é descarregada, situação (b), as reações eletroquímicas ocorrem e os elétrons próximos do eletrodo começam a reduzir. Essa redução faz com que a capacidade efetiva da bateria seja diminuída. No momento em que a corrente elétrica para de fluir, situação (c), os elétrons começam a se reorganizar de maneira uniforme, colocando o sistema todo em equilíbrio. Nesse momento, ocorre um aumento de concentração de elétrons próximos ao eletrodo, disponibilizando ao sistema, uma maior quantidade de carga. Já na situação em que a bateria está totalmente descarregada, situação (e), os elétrons que ainda se encontram no eletrólito, não são capazes de manter o sistema operando normalmente, ou seja, não ocorre mais reações eletroquímicas.

Um ponto interessante de entendermos, é que quando a corrente de descarga é muito alta, todo esse processo de recuperação não ocorre, porque não há tempo suficiente para os elétrons se reorganizarem no eletrólito, tornando assim, a capacidade efetiva da bateria mais baixa.

Devido a esses e outros processos, a bateria se torna um sistema complexo e não linear. Para compreender, interpretar, analisar seu comportamento, e até mesmo para controlar uma bateria, é necessário utilizar modelos matemáticos. No próximo artigo, apresentarei para vocês, as principais características de um modelo matemático e seus diversos tipos.

 

Saiba mais

 

Referências

 

KUSIAK, R. S., Modelagem Matemática do Tempo de Vida de Baterias de Lítio Íon Polímero a partir de Modelos Híbridos considerando Correntes de Descarga Variáveis, 2016. 87p. Dissertação (Mestrado) – Pós Graduação em Modelagem Matemática, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul, 2016.

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