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Tecnologias de Baterias

Existem várias tecnologias diferentes de baterias disponíveis. Existem alguns recursos para pesquisa realmente excelentes disponíveis para os detalhes científicos por trás da química de baterias. A Wikipedia, por exemplo, é especialmente útil e abrangente. Porém este tutorial se concentra nas baterias mais utilizadas em sistemas embarcados e eletrônicos DIY.

Leituras sugeridas

Existem alguns conceitos e conhecimentos que talvez sejam interessantes conhecer antes de ler este tutorial:

• O que é eletricidade?
• Tensão, corrente, resistência e lei de Ohm
• Corrente Alternada (AC) x Corrente Contínua (DC)
• O que é um circuito?

Recomendamos também a leitura de nosso artigo “Terminologia de Baterias” para familiarização com os principais termos técnicos relacionados ao mundo das baterias.

Vejamos agora as principais tecnologias de baterias existentes atualmente.

Polímero de Lítio

As baterias de polímero de lítio (muitas vezes abreviadas LiPo) são muito úteis para uso em eletrônicos embarcados. Elas oferecem a maior densidade disponível no mercado. Como os telefones celulares usam predominantemente este tipo de bateria, elas são fáceis de encontrar a preços razoáveis. Elas exigem uma carga de energia especial, então, certifique-se de usar o carregador certo para o trabalho.

Tensão Nominal de uma bateria LiPo

Uma célula LiPo individual possui uma tensão nominal de 3,7V. Quando totalmente carregada, você medirá quase 4,3V na célula, mas essa tensão irá cair rapidamente para 3,7V sob uso normal. Quando esgotada, a célula terá em torno de 3V. Isso significa que seu projeto precisará lidar com várias tensões caso você o esteja alimentando diretamente a partir de uma célula. Por exemplo, se você precisa de 5V, deverá combinar duas LiPos em série para criar um pacote de 7,4V e então regular até 5V.

Carga e Descarga

Existem no mercado muitos carregadores de baixo custo usados para carregar baterias LiPo. Eles normalmente usam a interface USB de um PC para carregar a bateria. Não tente carregar uma bateria de lítio-polímero sem usar um carregador adequado. Uma bateria LiPo pode ser danificada por sobrecarga, então é recomendável sempre usar um carregador LiPo projetado especificamente para esse fim.

As baterias LiPo também podem ser danificadas se forem descarregadas demais. Para se proteger contra isso, quase todas as baterias LiPo possuem um pequeno circuito de segurança integrado na parte superior da célula que desligará a bateria caso a tensão venha a cair abaixo de um determinado limite (que geralmente é de 3 volts).

As baterias LiPo possuem uma taxa de descarga interna muito baixa. Isso as torna boas candidatas para projetos com baixos requisitos de energia e que precisam funcionar por muitos dias ou meses.

Sempre respeite a densidade de energia: estas baterias acumulam muita energia e podem fornecer vários ampères continuamente. A proteção contra curto-circuito irá desligar a bateria quando um curto for detectado, mas quando for usar essas baterias em seus projetos, use o bom senso.

As baterias LiPo são recomendadas para quase todas as aplicações portáteis. Elas são bastante robustas e quando usadas ​​com segurança são uma excelente fonte de energia.

Níquel-Hidreto Metálico

As baterias de níquel-hidreto metálico (muitas vezes abreviadas como NiMH) são uma tecnologia recarregável tradicional. Essas baterias são bem mais baratas do que outras tecnologias, porém sofrem com densidades mais baixas de energia do que as LiPo.

As baterias NiMH possuem curvas de carga menos rigorosas, o que reduz o custo dos carregadores. Baterias NiMH são freqüentemente encontradas em dispositivos eletrônicos de baixo custo, como escovas de dentes e máquinas de barbear sem fio, onde a tensão de saída é menos preocupante (você notará, por exemplo, que seu barbeador está funcionando mais devagar, mas continua a funcionar).

Cada célula dessa bateria produz nominalmente 1,2 V. Isso é muito parecido com as pilhas alcalinas de mesmo tamanho, que produzem 1,5V. Combinando quatro pilhas AA NiMH resultará em um pacote de 4,8V que deve alimentar a maioria dos sistemas que necessitam de 5V, porém a tensão cairá à medida que o pack de baterias é descarregado.

A figura a seguir mostra o aspecto de baterias de níquel-hidreto metálico:

Devido à sua semelhança com as pilhas comuns AA, o carregamento de pilhas NiMH é feito frequentemente com carregadores que são plugados em uma tomada na parede.

Recomendamos as baterias NiMH para aplicações onde o dispositivo foi projetado para usar pilhas comuns do tipo AA.

Baterias Alcalinas

Todos nós estamos acostumados com este tipo de bateria descartável. Essas pilhas existem já há muitas décadas, de modo que você irá encontrá-las em todos os lugares! Existem também uma grande quantidade de suportes de bateria e acessórios para pilhas AA e também baterias de 9V.

Estas baterias são baratas, seguras para uso e estão disponíveis em toda a partes, mas, infelizmente, não são recarregáveis. A química das alcalinas torna essas baterias particularmente à prova de problemas (seguras).

Os tipos AA e AAA (“pilha palito”) são as baterias alcalinas mais comuns e produzem nominalmente 1,2V de tensão elétrica (mas possuem de cerca de 1,5 V quando usados pela primeira vez). Como as AAs produzem 1,2V, você precisará combiná-las em grupos de 3 ou 4 para alimentar um sistema de 3,3V ou 5V.

Uma bateria de 9V com um cabo conector é uma maneira excelente e rápida de tornar um projeto portátil, mas não espere que a bateria dure muito tempo! Apesar dela fornecer 9 volts, a capacidade de uma bateria de 9V é bastante baixa.

Pilha Botão

As pilhas botão são ótimas para projetos muito pequenos e de baixa potência. Estas baterias são baratas! Compre-as em lote se você precisar de muitas. Elas são excelentes para testar LEDs. Você irá encontrar este tipo de pilhas escondidas dentro de controles remotos, na placa-mãe de PCs, placas lógicas de muitos equipamentos e em muitos dispositivos descartáveis menores.

Estas baterias não são recarregáveis. Existem algumas versões especiais que são recarregáveis, mas a grande maioria das células de botão deve ser jogada fora uma vez usada.

A química e as tecnologias por trás das células de botão variam. Algumas são alcalinas, outras são de lítio. As baterias de botão alcalinas possuem uma tensão nominal de 1,5V. As baterias de botão de lítio, por outro lado, têm uma tensão nominal de 3V. Essas são as mais comuns, sendo o modelo CR 2032, por exemplo, encontrado facilmente em qualquer loja de material elétrico e até mesmo em supermercados e bancas de jornais.

As baterias de botão são encontradas em alguns tamanhos diferentes, cada um com um nome especialmente codificado para indicar o tamanho e a química. As células de botão alcalinas começam com uma “L”, enquanto as células de moeda de lítio são todas prefixadas com uma letra “C”. A popular CR2032, por exemplo, é uma bateria de lítio (tensão nominal de 3 V) medindo 20 mm de diâmetro e 3,2 mm de altura. Já uma LR1154 (ou LR44) é uma bateria alcalina (1,5V) que mede 11mm de diâmetro e 5,4mm de altura.

As pilhas de botão são ótimas para alimentar circuitos que usem um ATtiny ou outros pequenos microcontroladores e ainda projetos variados com LEDs, que consomem pouca corrente.

Pilhas de Zinco-Carbono

A bateria de zinco-carbono é uma bateria comum de pilhas secas que utiliza uma célula que às vezes é chamada de célula Leclanché (pilha inventada pelo cientista francês Georges Leclcanché em 1866). A célula é composta de um recipiente externo de zinco, que atua como o anodo. O catodo é uma haste central de carbono, rodeada por uma mistura de carbono com dióxido de manganês(IV) (MnO2). O eletrólito é uma pasta aquosa de cloreto de amônio (NH4Cl). Um tecido ou papel fibroso separa os dois eletrodos, impedindo-os de se tocarem, mas permitindo o fluxo de elétrons dentro da pilha, e um pino no centro da célula conduz a eletricidade ao circuito externo.

A figura a seguir mostra um corte transversal de uma pilha de zinco-carbono, ilustrando suas partes constituintes:

Foram as primeiras pilhas secas (sem eletrólito líquido) fornecidas comercialmente. Elas ainda são vendidas e facilmente encontradas, e tem um custo muito baixo em comparação com as tradicionais pilhas alcalinas e baterias de lítio, porém sua capacidade de armazenamento e fornecimento de energia é limitada. Sempre que possível, dê preferência ao uso dessas outras tecnologias de pilhas e baterias, em vez das pilhas de zinco-carbono, que tendem a durar muito menos tempo!

E, é claro, as pilhas de zinco-carbono não são recarregáveis, devendo ser descartadas quando descarregadas.

Na próxima parte deste artigo vamos tratar das baterias de Lítio-íon e baterias de Chumbo-ácido, duas tecnologias muito comuns e amplamente utilizadas hoje em dia, além de outros tipos de baterias menos comuns.