Quando se trata de baterias recarregáveis, hidreto metálico de níquel (NiMH) baterias e baterias de íon de lítio são duas escolhas comuns. Quando você deve escolher baterias NiMH e quando você deve escolher baterias de íon-lítio, e qual desses dois é melhor, estes se tornaram tópicos de discussão frequentes.
Por um lado, as baterias NiMH são conhecidas pela sua acessibilidade, desempenho estável e confiável. Por outro lado, as baterias de íons de lítio são populares por sua alta densidade de energia e longa vida útil..
Neste artigo, vamos explorar as características básicas, vantagens e desvantagens, e desempenho de aplicação de baterias NiMH e de íons de lítio. Esperamos que este conteúdo o ajude a tomar uma decisão sábia ao fazer uma escolha.
Bateria NiMH versus bateria de íon de lítio, Qual é melhor?
O que é bateria NiMH?
Bateria NiMH é uma bateria de níquel-hidreto metálico, que é composto principalmente de eletrodo positivo, eletrodo negativo, eletrólito e diafragma. O eletrodo positivo da bateria NiMH é feito de hidróxido de níquel (Em(OH)2) e diferentes materiais ativos. O eletrodo negativo da bateria NiMH é feito de materiais ativos e metais de transição. O eletrólito das baterias NiMH é uma solução de hidróxido alcalino, que também é o meio para o transporte de íons na bateria. O diafragma de uma bateria NiMH é geralmente uma poliolefina não tecida, que é usado para separar o eletrodo positivo do eletrodo negativo, evitando curtos-circuitos elétricos enquanto permite que os íons fluam para frente e para trás.
A tensão nominal da bateria NiMH é 1,2 V. A reação química de carga e descarga é a seguinte:
Pólo positivo: Em(OH)2+OH-=NiOOH+H2O+e-
Negativo: M + H2O + e- = MHab + OH-
Reação total: Em(OH)2+M=NiOOH+MH
Observação: M: liga de hidrogênio; Habit: hidrogênio adsorvido; o processo da fórmula de reação da esquerda para a direita é o processo de carregamento; o processo da fórmula de reação da direita para a esquerda é o processo de descarga.
Ao carregar a bateria NiMH, Em(OH)2 e ah- no eletrodo positivo reagem para gerar NiOOH e H2O, e ao mesmo tempo liberar e- juntos para gerar MH e OH-, a reação total é Ni(OH)2 e M para gerar NiOOH, e liga de armazenamento de hidrogênio para armazenar hidrogênio. Ao descarregar o oposto, MHab libera H+, H+ e OH- gerar H2O e e-, NiOOH, H2O e e- regenerar Ni(OH)2 e OH-.
O que é bateria de íon de lítio?
Bateria de íon de lítio, também conhecida como bateria de íon-lítio, é composto de eletrodo positivo, eletrodo negativo, eletrólito e diafragma, assim como a bateria NiMH. Existem muitos materiais catódicos para baterias de íon de lítio, e os produtos convencionais usam principalmente fosfato de ferro-lítio. O material ativo positivo é geralmente manganato de lítio ou cobaltato de lítio, material de manganato de níquel-lítio-cobalto. Seu material ativo negativo é geralmente grafite, ou carbono com estrutura de grafite semelhante. O eletrólito da bateria de íon de lítio é geralmente um solvente de carbonato com hexafluorofosfato de lítio dissolvido nele. Seu diafragma é um filme de polímero especialmente moldado, que tem uma estrutura microporosa que permite que os íons de lítio passem livremente enquanto os elétrons não podem.
A tensão nominal de uma bateria de íon de lítio varia dependendo do material do cátodo. Ao carregar, as reações químicas são as seguintes:
Reação anódica: LiFePO4 → Li1-xFePO4 + xLi ++ carro-
Reação negativa: xLi ++ xe-+ 6C → LixC6
Durante o carregamento, os íons de lítio são desincorporados do eletrodo positivo e inseridos no eletrodo negativo. O oposto é verdadeiro ao descarregar.
Vantagens e desvantagens da bateria NiMH
Vantagens
1. As baterias NiMH são fabricadas com tamanhos de bateria comuns e são altamente compatíveis com uma ampla variedade de equipamentos.
2. As baterias NiMH utilizam menos material ativo em sua fabricação, tornando-os relativamente estáveis e seguros. A bateria composta por baterias NiMH não precisa do BMS necessário para baterias de lítio.
3. As matérias-primas necessárias para a fabricação de baterias NiMH são relativamente abundantes, portanto, o custo de fabricação das baterias NiMH é geralmente menor do que o das baterias de íon-lítio.
4. As baterias NiMH requerem pouca manutenção, são mais ecológicos, e não estão sujeitos aos mesmos regulamentos de transporte que as baterias de íon de lítio devem cumprir ao serem enviadas.
5. As baterias NiMH são adequadas para aplicações que requerem descargas de alta corrente e um fluxo constante de eletricidade, como ferramentas elétricas ou brinquedos de controle remoto. As baterias NiMH fornecem energia estável e confiável, tornando-os uma escolha confiável para esse tipo de equipamento.
Desvantagens
1. As baterias NiMH carregam mais lentamente do que as baterias de íon de lítio, e algumas baterias de íon de lítio também possuem uma função de carregamento rápido.
2. As baterias NiMH têm um efeito de memória significativo.
3. De modo geral, as baterias NiMH são mais propensas à autodescarga, o que significa que eles são propensos a perder a carga mesmo quando não estão em uso. Claro, você pode escolher baterias NiMH de baixa autodescarga para contornar esta desvantagem.
4. As baterias NiMH têm um ciclo de vida menor do que as baterias de íon de lítio. O número de ciclos de carga/descarga das baterias NiMH é geralmente baixo, geralmente dentro 1000 ciclos. O ciclo de vida das baterias de íon-lítio é geralmente superior a 2000 ciclos.
5. As baterias NiMH têm uma densidade de energia menor do que as baterias de íon de lítio. Isso significa que as baterias de íons de lítio podem armazenar mais energia do que as baterias NiMH do mesmo tamanho..
Vantagens e desvantagens da bateria de íon de lítio
Vantagens
1. As baterias de íon de lítio carregam mais rápido que as baterias NiMH. Os usuários podem carregar baterias de íon de lítio rapidamente, reduzindo assim o tempo de inatividade do equipamento devido ao carregamento.
2. Comparado com baterias NiMH, baterias de íon de lítio têm uma taxa de autodescarga mais baixa. Esta baixa taxa de autodescarga é especialmente benéfica para aplicações onde a bateria precisa manter a carga por um longo período de tempo.
3. As baterias de íon de lítio têm um ciclo de vida mais longo do que as baterias NiMH. Isso também significa menos substituições de bateria.
4. Uma das principais vantagens das baterias de íons de lítio é sua alta densidade de energia. Essas baterias podem armazenar mais energia por unidade de volume ou peso, tornando-os uma opção compacta e leve para dispositivos que exigem portabilidade e longas tiragens. Esta alta densidade de energia é particularmente adequada para aplicações como smartphones, laptops e veículos elétricos, onde peso e tamanho são fatores-chave.
Desvantagens
1. O custo das baterias de íon de lítio é superior ao das baterias NiMH. Cobalto e lítio são elementos raros, e a sua utilização como matéria-prima para baterias de iões de lítio aumenta o preço das baterias. O processo de fabricação de baterias de íon-lítio costuma ser mais complexo e caro, o que também aumenta o custo da bateria.
2. Comparado com baterias NiMH, baterias de íon de lítio são mais reativas quimicamente e menos estáveis. Dano físico, altas temperaturas ou sobrecarga podem afetar as baterias de íon de lítio, que pode causar incêndios ou explosões. Isso requer sistemas de gerenciamento de bateria e protocolos de carregamento mais avançados, bem como cuidados extras no armazenamento, transporte e uso para garantir a operação segura e eficiente de baterias de íon de lítio. Claro, estas medidas adicionais também aumentarão o preço das baterias de iões de lítio.
Diferença entre baterias de íon de lítio e NiMH
1. Densidade de Energia
As baterias de íons de lítio normalmente têm uma vantagem de densidade de energia sobre as baterias NiMH.
As baterias de íons de lítio podem atingir densidades de energia de cerca de 200 W/kg, enquanto as baterias NiMH normalmente têm densidades de energia de cerca de 60-120 W/kg, o que significa que as baterias de íons de lítio podem armazenar o dobro de energia que as baterias NiMH do mesmo tamanho e peso.
A maior densidade de energia das baterias de íons de lítio possibilita o desenvolvimento de baterias menores, baterias mais leves para dispositivos como smartphones, laptops e drones. Isto é especialmente importante em aplicações onde o peso e o tamanho são fatores-chave.
Além disso, a maior densidade de energia das baterias de íons de lítio significa que as baterias de íons de lítio fornecem maior tempo de execução ou tempo de operação por carga do que as baterias NiMH do mesmo tamanho e peso. Esta é uma grande vantagem para dispositivos que requerem uso prolongado entre cargas.
No entanto, a densidade de energia de uma bateria irá variar dependendo da química específica, processo de design e fabricação usado por diferentes fabricantes. Além disso, fatores como temperatura, padrões de uso, e os ciclos de carga/descarga podem afetar o desempenho geral e a capacidade das baterias recarregáveis.
2. Desempenho e eficiência
Em termos de desempenho e eficiência, tanto as baterias NiMH quanto as de íon de lítio têm suas próprias características e vantagens exclusivas.
As baterias de íons de lítio normalmente têm uma vantagem sobre as baterias NiMH quando se trata de fornecimento de energia. As baterias de íons de lítio fornecem maior potência e, portanto, são mais adequadas para aplicações de alto consumo de energia, como veículos elétricos e eletrônicos de alto desempenho.. Esta maior potência se deve às propriedades inerentes da química da bateria de íons de lítio, o que permite mais rapidez, taxas de carga e descarga mais eficientes.
As baterias NiMH são caracterizadas por sua alta descarga de corrente. Para aplicações que exigem um fluxo constante de energia, As baterias NiMH são uma escolha melhor. As baterias NiMH fornecem energia estável e confiável mesmo sob condições de carga pesada, o que pode ser uma vantagem em alguns casos de uso.
Em termos de eficiência, baterias de íon de lítio são geralmente mais eficientes do que baterias NiMH. A eficiência de conversão de energia das baterias de íons de lítio é normalmente em torno de 90-95%, o que significa que a maior parte da energia armazenada na bateria pode ser convertida com eficiência em energia utilizável para o dispositivo. Em contraste, a eficiência de conversão de energia das baterias NiMH é normalmente em torno 60-80%.
3. Custo
As baterias NiMH são uma opção mais acessível do que as baterias de íon de lítio. O processo de fabricação de baterias NiMH é relativamente simples e barato.
No entanto, o custo das baterias de íon-lítio tem diminuído constantemente nos últimos anos devido aos avanços nos processos de fabricação e economias de escala. Espera-se que a diferença de custo entre as baterias NiMH e as baterias de iões de lítio diminua ainda mais à medida que a tecnologia de iões de lítio se torna mais difundida e os volumes de produção aumentam.
4. Impacto ambiental
As matérias-primas utilizadas nas baterias NiMH e de íons de lítio têm impactos ambientais nas fases de mineração e processamento.. No entanto, o impacto ambiental da produção de baterias NiMH é geralmente considerado menor em comparação com as baterias de íons de lítio. Isso ocorre porque a mineração e o processamento de NiMH geralmente consomem menos recursos e têm menor pegada de carbono..
Adicionalmente, tanto as baterias NiMH quanto as de íon de lítio podem ser recicladas, mas os processos de reciclagem e a infraestrutura para as duas tecnologias variam muito.
As baterias NiMH são geralmente consideradas mais fáceis de reciclar porque os materiais usados para fabricar baterias NiMH estão mais amplamente disponíveis e o processo de reciclagem é melhor desenvolvido.
A reciclagem de baterias de íons de lítio é ainda mais desafiadora, com a sua química complexa que exige instalações de reciclagem especializadas. À medida que as baterias de íon de lítio evoluem, governos de todo o mundo estão a implementar novas regras e incentivos para aumentar a tecnologia e a escala da indústria de reciclagem de baterias de iões de lítio. Isto impulsionará a indústria de baterias em direção a um futuro mais circular e mais verde.
5. Aplicativo
As baterias de íons de lítio são frequentemente preferidas para aplicações que priorizam a portabilidade, densidade de energia, e tempo de execução. Sua maior densidade de energia permite o desenvolvimento de baterias menores e mais leves, ideal para dispositivos compactos e leves. As durações mais longas oferecidas pelas baterias de íons de lítio também favorecem esses tipos de aplicações.
As baterias NiMH são mais adequadas para aplicações que exigem descarga de alta corrente ou podem suportar baterias um pouco mais pesadas e volumosas. Ferramentas elétricas, brinquedos de controle remoto, e outros dispositivos que requerem uma fonte de energia estável podem se beneficiar da capacidade de descarga de alta corrente das baterias NiMH. Além disso, As baterias NiMH são uma opção mais econômica para aplicações onde o preço é um fator importante.
Em termos de segurança, baterias de íon de lítio exigem sistemas de gerenciamento de bateria e protocolos de carregamento mais sofisticados para evitar problemas como superaquecimento, sobrecarga e danos físicos. As baterias NiMH são geralmente mais seguras e não requerem os mesmos sistemas complexos de gerenciamento de bateria.
Escolhendo a bateria certa para suas necessidades
Ao escolher entre baterias NiMH e de íon de lítio, não existe uma solução única para todos. A decisão dependerá das necessidades e requisitos específicos da aplicação ou dispositivo que você está alimentando. Esperamos que você tenha achado o conteúdo deste artigo útil, e se você tiver mais alguma dúvida, não hesite em contactar-nos.