As baterias acabarão por morrer, mas quando e como?

Recentemente o mundo assistiu a um problema com as baterias de iões de lítio num smartphone da Samsung, foi tema até para o presidente Obama fazer um reparo, numa das suas intervenções. Contudo, estas avarias são mais comuns do que imaginamos.

A título de exemplo, já foram recolhidos mais de meio milhão de Hoverboards este ano, devido a problemas que causaram incêndios das baterias; em 2006 a Sony recolheu mais de 10 milhões de baterias e, em 2012/2013 o Boeing 787 Dreamliner foi parado no hangar para ver redesenhado o compartimento da bateria com vista a suportar um incêndio. Com a proliferação das baterias de iões de lítio adensa-se a necessidade de saber como e quando estas vão morrer, isto porque é necessário criar sistemas de segurança.

Baterias de iões de lítio, serão seguras?

As baterias de iões de lítio são muito seguras, contudo, como existem milhões de aplicações industriais e de consumo, as falhas vão acontecer. Se virmos o que nos diz a história, o recall da Sony foi uma avaria de uma em 200 mil, um problema causado por partículas de metal microscópicas que entram em contacto com outras partes das células da bateria, levando a um curto-circuito. Os fabricantes de baterias esforçar-se para minimizar a presença de tais partículas, no entanto, as técnicas de montagem têm um grande desafio, que é eliminar as poeiras.

O segredo está na escolha da bateria. Parece simples? Não é!

As células modernas têm separadores ultra-finos de 21μm (21 milésimos de milímetro), contudo estes são mais suscetíveis a impurezas do que os modelos mais antigos. Os antigos tinham separadores mais pesados e de capacidade inferior. Enquanto a clássica célula de 1350 mAh, usada no modelo 18650, consegue tolerar a penetração de um prego, a bateria de 3400 mAh, de alta densidade, no mesmo teste explode e incendeia-se.

Um tipo de falha numa bateria é o incidente de uma em cada 10 milhões envolvendo um defeito de fabrico que pode levar a um recall. É uma falha mais difícil de detectar pois acontece num evento aleatório, na mesma probabilidade de um ser humano ser atingido por um meteorito.

Quando acontece um problema, os sintomas confundem-se com algo relacionado com o stress submetido pelo equipamento em causa. Poderá ser ao carregar a bateria à temperatura de sub-congelação, exposição ao calor ou excesso de vibração, etc. Algumas utilizações de gadgets de recreio, como os hoverboards e os drones, por exemplo, podem levar as baterias a ultrapassar os seus limites da tolerância. É como se colocássemos um motor de um carro desportivo num camião, o motor não vai ter muito tempo de vida... o mesmo acontece com as baterias de iões de lítio erradamente escolhidas para o tipo de utilização do dispositivo.

Que sintomas podem ser início de algo mais grave?

A maioria das falhas das bateria que levam à desintegração começam com um curto eléctrico leve que passa despercebido. O carregamento rápido das baterias a baixas temperaturas promove a formação de detritos quando as baterias de iões de lítio são deixadas abaixo dos 1,5V/célula por mais de uma semana. Esse eventos de stress promovem a autodescarga que leva a falhas destrutivas.

À medida que a bateria se deteriora, o processo de auto-descarga aumenta, o que pode evoluir para uma corrente considerável entre os eléctrodos. Para ter uma ideia da situação, pense numa fuga de água numa barragem hidroeléctrica. Esta fuga tende a aumentar, passa a ser uma fuga com um caudal considerável até ao ponto em que tudo colapsa. O cenário de elevadas auto-descargas irá produzir calor e danificar o separador, levando a um curto-circuito. A temperatura vai rapidamente chegar a 500°C, altura em que a célula se incendia ou explode.

A fuga térmica que ocorre é conhecida como "abertura com chama" ou, termo preferido das empresas que fabricam as baterias,"desmontagem rápida".

Teste da bateria de três pontas

As pesquisas sobre baterias têm um grande foco de atenção no fabrico da bateria até à sua utilização, contudo, é igualmente importante pesquisar e investigar o momento de consumo da bateria que a leva ao estado de final de vida, mas na verdade esta parte tende a ser ignorada.

Enquanto as aprovações regulamentares para as baterias novas são difíceis, depois de estar lançada no mercado, devidamente regulamentada e aprovada, todos os problemas que surgirem levam a que os fabricantes "lavem as mãos" sobre os problemas que possam aparecer, passando a ser da responsabilidade do utilizador. Mas é aqui que os problemas começam. As regras sobre o uso de uma bateria são vagas e o utilizador pode perguntar: "Qual é a capacidade suficiente para que a bateria possa desempenhar uma operação confiável? Com que frequência devo verificar a bateria? A que capacidade devo substituir a minha bateria?"

As baterias deveriam receber o mesmo tratamento que uma peça crítica numa máquina ou numa aeronave, onde o desgaste cai sob estritas diretrizes de manutenção. As baterias recebem privilégios especiais e são rotuladas como "incontroláveis". Esta imunidade "desculpa" as baterias de passar por inspecções regulares, mas isso não deveria ser assim. As baterias podem e devem ser verificadas e isso é possível com o teste de três pontas.

O teste de bateria de três pontas examina três funções mais críticas que incluem:

• Capacidade de armazenar energia
• Resistência interna: capacidade para distribuir corrente
• Auto-descarga, revelando integridade mecânica

O teste de bateria de três pontas assemelha-se a um banco de três pernas que representa a capacidade, a resistência interna e a auto-descarga. Cada característica é única com nenhuma correlação entre as propriedades.

Então como se deve defender o utilizador?

Cada vez mais o utilizador tem de ter o cuidado de tratar a bateria como o ponto mais importante na cadeia de utilização de um dispositivo electrónico. São raros os casos em que o fabricante assume o problema e recolhe o equipamento com a bateria problemática. Também sabemos que a energia é a base da usabilidade neste actual mundo dos gadgets.

Qualquer dispositivo, ao ser carregado, deve estar numa zona de temperatura amena, sem estar em zonas de muito frio nem de muito calor (o que nem sempre é possível, mas é o recomendado). Num computador portátil, o utilizador poderá realizar o processo de calibração periódica para avaliar o estado da bateria. Num smartphone, algumas regras podem igualmente ajudar a bateria a ter uma vida mais prolongada. Os carregadores são um elemento importantíssimo, use carregadores de qualidade para que o processo não provoque um aumento de temperatura na bateria, levando, como já vimos, a um desgaste adicional e consequentemente ao seu fim.

Todos os processos desnecessários que possa desligar, também são uma forma de poupar a bateria. Estaremos cada vez mais dependentes deste componente, o crescimento composto por baterias Li-ion está a crescer 22% ano, valor que está balizado de 2014 até 2019.

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