2001-01-18
As baterias são os componentes dos telemóveis mais aborrecidos de todos. Duram pouco, é preciso carregá-las várias vezes por semana, acabam exactamente nos momentos errados, não se podem carregar com carga a meio e quanto mais as usamos menos duram. Mas, afinal, como funcionam as baterias e porque trazem todos estes problemas?
O que é uma bateria?
As primeiras baterias
NiCd – Níquel/Cádmio
mAh
NiMH – Metal Hídrico
Lítio
Ciclos carga/descarga
O Efeito de Memória
Auto-descarregamento
Excesso de Carregamento
O Futuro das Baterias
O que já existe
Baterias a álcool?
O que é uma bateria?
Essencialmente, uma bateria é um contentor cheio de químicos que produz electrões. Enfim, é uma máquina electro-química, ou seja, uma dispositivo que cria electricidade através de reacções químicas.
As baterias têm dois pólos, um positivo(+) e outro negativo(-). Os electrões correm do pólo negativo para o pólo positivo, o que quer dizer que são colhidos no pólo negativo. Se os electrões não viajarem do pólo negativo para o pólo positivo, a reacção química não ocorre. Isto significa que a electricidade só é gerada quando os dois pólos estão em contacto, num circuito fechado, tal como numa aparelhagem ou um telemóvel ligados e que a bateria quase não se gasta se arrumada quieta numa caixa.
A génese das baterias
A primeira bateria foi criada em 1800 por Alessandro Volta. Para tal, Volta construiu uma pilha com camadas alternadas de zinco, cartão embebido em água salgada e prata. Este arranjo ficou conhecido como a «pilha voltaica».
No século XIX, antes da invenção do gerador eléctrico (que não foi aperfeiçoado antes de 1870), a célula Daniell era muito usada. A célula Daniell usava líquidos como electrólitos (o que a tornava uma pilha molhada), e usava cobre e zinco dispostos em placas.
As pilhas modernas são geralmente pilhas secas (usam sólidos como electrólitos) e podem basear-se numa gama muito variada de químicos.
Para telemóveis, existem três tipos comuns de baterias: as NiCd, as NiMH e as de Lítio.
NiCd
As baterias de Níquel e Cádmio(NiCd) são umas das baterias para telemóveis mais comuns no mercado. Nestas baterias, o pólo positivo e o pólo negativo são arrumados juntos, o pólo positivo é coberto com hidróxido de Níquel e o pólo negativo é coberto de material sensível ao Cádmio. São ambos isolados por um separador.
As baterias NiCd vão perdendo vida. De cada vez que são recarregadas, o período entre os carregamentos vai encurtando. A voltagem da NiCd tende a cair abruptamente, ficando descarregadas de um momento para o outro após um período considerável de utilização.
mAh
A medida standard para a capacidade de uma bateria recarregáveis é o mili-ampere/hora(mAh). Isto significa que, se a energia produzida por uma bateria é um mAh, terá produzido um milésimo de ampere numa hora. As baterias normais de NiCd comportam entre 500 e 650 mAh. Mas há também outros designs que permitem chegar dos 1200 aos 1500 mAh. São, no entanto, maiores, mais pesados e mais caros.
NiMH
As baterias de Níquel Metal Hídrido(NiMH), que usam hidrogénio no seu processo de produção de energia, nasceram nos anos 70 das mãos do químico Standford Ovshinsky, mas só recentemente foram redescobertas para os telemóveis. A invulgar tecnologia das NiMH permite o armazenamento uma maior quantidade de energia. Tipicamente, conseguem armazenar cerca de 30% mais energia que uma NiCd de idêntico tamanho, embora alguns afirmem que este número é visto muito por baixo. São também baterias que não usam metais tóxicos, de modo que são amigas do ambiente.
Muitas destas baterias são feitas com metais como o Titânio, o Zircónio, o Vanádio, Níquel e Crómio e algumas empresas japonesas têm experimentado, inclusive, outros metais como o raro Lântano.
Isto torna as baterias NiMH muito mais caras que as NiCd.
Lítio
As baterias à base de iões de Lítio são as baterias mais recentes a conquistarem o mercado dos telemóveis. Conseguem um armazenamento muito superior de energia, aumentando consideravelmente o tempo de acção do telemóvel. São também muito leves, pesando cerca de metade de uma NiCd equivalente.
Apesar das baterias de Lítio serem muito caras as suas vantagens levaram a que se tornem equipamento de série para muitos modelos de telemóvel.
Ciclos Carga/Descarga
Os ciclos carga/descarga definem a vida funcional das baterias. À medida que um bateria é carregada e descarregada, a sua capacidade sofre alterações e após um certo número de ciclos, a bateria perde a validade e não consegue completar com sucesso as reacções químicas.
Uma bateria NiMH normal gasta-se ao fim de 400 a 700 ciclos, enquanto que uma NiCd, se bem manuseada, pode durar vários milhares de ciclos. A General Electric testou baterias NiCd para os satélites e conseguiu baterias capazes de trabalhar durante 17 anos, num total de 70 000 ciclos. No entanto, as baterias NiCd para telemóveis não chegam sequer perto, já que a concentração dos químicos para adquirirem grandes capacidades de energia leva à diminuição drástica dos ciclos, que podem reduzir-se a algumas centenas.
Quanto às baterias de Lítio, duram entre 300 a 500 ciclos.
Por outro lado, os recarregamentos das baterias NiMH e Lítio demoram muito mais tempo do que as baterias NiCd.
O Efeito de Memória
O efeito de memória é famoso pela sua inconveniência. Nas baterias de NiCd os processos de carregamento devem ser feitos com cuidado. Tipicamente, se a bateria for recarregada ainda contendo 30% da carga, passará a conseguir usar apenas os restantes 70% de capacidade. Se for recarregada com 60%, a capacidade fica reduzida a 40%. Porque é que isto acontece?
Numa bateria de NiCd, os elementos activos, Níquel e Cádmio, existem em forma de cristais. Quando as baterias são recarregadas antes de descarregadas, ocorre o efeito de memória e os cristais crescem e acumulam-se em formações, fazendo com que a bateria perca gradualmente a performance. Em rigor, portanto, não é o efeito de memória (que torna os cristais maiores), mas o efeito de cristalização (que produz acumulações de cristais) o verdadeiro problema das baterias. Em estádios avançados, as formações de cristais podem até romper o separador isolante provocando níveis altos de auto-descarregamento ou até um curto-circuito.
Na verdade, o problema não é tão grave quanto pode parecer. Não é preciso uma disciplina férrea de forma a só recarregar a bateria quando esta estiver totalmente descarregada. Normalmente, basta que o primeiro carregamento seja longo (cerca de 15 horas) e que a bateria seja então completamente descarregada. Depois disto deve-se recarregar a bateria totalmente pelo menos uma vez por semana. Esta operação, a que podemos chamar de «exercício», deverá bastar para manter os cristais em actividade e não os deixar criar formações.
As baterias de NiMH e de Lítio não têm problemas de cristalização, logo, não sofrem com o efeito de memória.
Auto-descarregamento
As baterias sofrem também de um efeito de auto-descarregamento, ou seja, perdem alguma energia quando não estão a ser usadas.
No geral, as baterias não conseguem conservar toda a energia que contêm. Uma bateria de NiCd pode perder cerca de 10% da energia nas primeiras 24 horas (embora continue a perdê-la apenas a 10% por mês), e as baterias de NiMH têm uma taxa de auto-descarregamento ainda maior, devido aos átomos de Hidrogénio em fuga. Porém, se o auto-descarregamento for muito alto a bateria pode estar danificada. Um dos problemas pode ser um separador danificado, o que é irreparável. Normalmente, uma bateria com uma taxa de auto-descarregamento superior a 30% ao dia deverá ser descartada.
Excesso de Carregamento
O carregamento a mais pode também ser prejudicial. As baterias devem ser carregadas apenas o necessário, especialmente as baterias de NiMH. Um carregamento de uma noite quando apenas algumas horas bastariam, pode encurtar consideravelmente a vida de uma bateria. Segundo Jerry Wiles, da Batteries Plus, «há mais baterias a falharem por excesso de carregamento do que por abusos de outra ordem qualquer».
O Futuro das Baterias
A tecnologia das baterias é uma tecnologia difícil e cara e essa é uma das razões pelas quais o preço das baterias não tem decrescido como o preço de outros componentes. O futuro das baterias poderá passar pelo uso de polímeros, ou de micro-células de metanol que aumentariam a capacidade das baterias em cerca de 50 vezes. Por outro lado, algumas entidades têm vindo a desenvolver chips capazes de diminuir consideravelmente as necessidades de energia dos telemóveis.
O que já existe
De facto, as baterias de polímeros de lítio são já uma realidade. Utilizadas pioneiramente pela Ericsson e agora vulgarizadas pela restante concorrência, são em tudo semelhantes às baterias de Lítio já conhecidas, sendo a maleabilidade a sua grande e principal vantagem, prometendo revolucionar não só o mercado das baterias como também o design futuro dos telemóveis, já que as estas novas “pérolas” moldáveis poderão ser produzidas em lâminas com a espessura de um milímetro, o que se traduzirá possivelmente em telemóveis com um look cada vez mais arrojado e vanguardista. Possuem ainda um ciclo de carga/descarga superior à sua congénere rija, ou seja menos espaço, menos peso e uma maior durabilidade.
Baterias a álcool?
Os cientistas da Motorola Labs ultrapassaram mais uma etapa no desenvolvimento de uma nova tecnologia de baterias. Construíram e apresentaram na Power 2000 Conference em São Diego um protótipo de uma micro bateria capaz de produzir energia a partir do metanol, vulgo álcool. O funcionamento consiste na mistura de oxigénio e metanol dentro de um invólucro feito de cerâmica, e que gera energia à temperatura ambiente . O objectivo é criar uma bateria pequena e barata, com uma autonomia muito superior às baterias de Lítio, e que no futuro possa por exemplo alimentar um telemóvel durante cerca de um mês. Durante várias semanas foi testada sem que apresentasse níveis de degradação relevantes. Mas esta tecnologia não se reduz apenas aos telemóveis, tudo o que é portátil poderá um dia ser ainda mais pequeno e facilmente transportável.
