Dos telemóveis aos veículos elétricos, o carregamento pode demorar menos de uma hora ou prolongar-se por várias horas, consoante a bateria, o equipamento e a potência disponível.
O carregamento rápido parece estar em todo o lado. Muitos smartphones conseguem passar de uma carga quase esgotada para mais de 50% em cerca de meia hora, enquanto alguns veículos elétricos podem ganhar centenas de quilómetros de autonomia durante uma breve paragem para carregamento.
Mas as baterias não são perfeitas: a sua capacidade diminui com o tempo. Uma vez que o carregamento rápido fornece mais potência num período mais curto, será que danifica as baterias?
Segundo os cientistas, a resposta é sim, mas a questão é mais complexa do que pode parecer. O carregamento rápido pode acelerar alguns tipos de degradação da bateria, embora as baterias modernas sejam concebidas com mecanismos de proteção que ajudam a limitar os danos.
Como funciona o carregamento rápido?
As baterias de iões de lítio, muito utilizadas em telemóveis, computadores portáteis e veículos elétricos, funcionam através da deslocação de iões de lítio entre dois elétrodos, denominados cátodo e ânodo.
Durante o carregamento, os iões deslocam-se através do eletrólito em direção ao ânodo, onde ficam armazenados até a bateria voltar a ser utilizada.
A principal diferença entre o carregamento rápido e o normal é a velocidade a que esses iões se deslocam. Em comparação com o carregamento convencional, que pode demorar várias horas, o carregamento rápido consegue repor a carga de uma bateria numa hora ou menos.
“O carregamento normal aplica uma corrente mais baixa, permitindo que os iões de lítio se intercalem gradualmente na estrutura do ânodo, o que gera pouco calor e provoca um esforço mecânico mínimo”, explicou Zhiyuan Jiang, professor da Universidade Xi’an Jiaotong, na China, ao Live Science.
“O carregamento rápido aumenta significativamente a corrente e a potência para reduzir o tempo de carregamento”, acrescentou Jiang.
Nem todas as baterias são concebidas para carregamento rápido. A capacidade de uma bateria para suportar elevadas velocidades de carregamento depende dos materiais utilizados, da sua estrutura interna e do sistema de gestão da bateria, explicou Jiang.
As baterias de carregamento rápido recorrem frequentemente a materiais especiais nos elétrodos, a elétrodos mais finos e a eletrólitos que permitem aos iões de lítio deslocarem-se com maior facilidade. Os fabricantes podem também redesenhar a arquitetura interna da bateria para reduzir a resistência e a acumulação de calor.
Stanislaw Zankowski, investigador na área das baterias na Universidade de Oxford, comparou o processo ao trânsito numa cidade.
“Podemos pensar no carregamento de uma bateria como o transporte de pessoas através de estradas, cruzamentos e edifícios”, diz Zankowski. “O carregamento rápido consiste, na realidade, em perceber com que eficiência é possível movimentar todo esse tráfego sem criar congestionamentos.”
Que danos pode provocar o carregamento rápido?
Todas as baterias de iões de lítio perdem capacidade com o tempo, mesmo quando são utilizadas com cuidado. No entanto, o carregamento rápido pode acelerar alguns dos processos químicos responsáveis por esse envelhecimento.
Uma das principais preocupações com as baterias é um processo conhecido como deposição de lítio. Durante um carregamento rápido, os iões de lítio podem não ter tempo suficiente para se acomodarem devidamente no interior do ânodo. Em vez disso, parte do lítio pode acumular-se sob a forma de depósitos metálicos na superfície do elétrodo.
Estes depósitos podem reduzir a quantidade de lítio disponível para armazenar energia, diminuindo assim a capacidade da bateria. Em casos extremos, o lítio pode formar estruturas semelhantes a agulhas, denominadas dendrites, que podem atravessar o separador entre os elétrodos, provocar um curto-circuito interno e criar riscos de segurança.
O carregamento rápido pode também gerar mais calor. O calor é uma consequência natural da resistência elétrica no interior da bateria. Em geral, quanto maior é a potência de carregamento, maior tende a ser a produção de calor.
“Quando se carrega uma bateria pequena com uma corrente reduzida, a quantidade de calor também será relativamente pequena”, explicou Zankowski. “Por isso, não se trata verdadeiramente de um problema de segurança. Mas, à medida que aumentamos o tamanho da bateria, aumentam também consideravelmente a corrente aplicada durante o carregamento e a quantidade de calor. Consequentemente, não conseguimos carregar baterias maiores com a mesma rapidez, sobretudo devido à margem de segurança necessária.”
A rapidez do carregamento não depende apenas do tamanho da bateria, mas também da sua composição, da potência que consegue receber e da capacidade do sistema para dissipar o calor.
As temperaturas mais elevadas podem acelerar as reações químicas que degradam gradualmente os materiais da bateria. Em casos extremos, o sobreaquecimento pode desencadear uma fuga térmica, uma sucessão autoalimentada de reações químicas que provoca uma subida descontrolada da temperatura e pode levar ao inchaço, incêndio ou explosão da bateria.
Felizmente, a maioria dos smartphones, computadores portáteis e veículos elétricos modernos inclui sistemas sofisticados de gestão da bateria, que monitorizam a tensão, a corrente e a temperatura durante o carregamento.
É por isso que um smartphone pode apresentar um aviso de temperatura elevada depois de ficar exposto ao sol. Quando a temperatura sobe demasiado, estes sistemas reduzem automaticamente a velocidade de carregamento para proteger a bateria.
As melhores formas de prolongar a vida da bateria
Qual é, então, a melhor forma de proteger uma bateria durante um carregamento rápido?
Zankowski e Jiang salientam que a temperatura é fundamental. É aconselhável evitar carregar dispositivos em ambientes quentes, como no interior de um automóvel estacionado ou sob luz solar direta. Temperaturas extremamente baixas também podem ser prejudiciais, porque dificultam a deslocação dos iões de lítio através da bateria.
“O ideal é que a temperatura durante o carregamento se situe entre os 20 e os 25 °C”, afirmou Zankowski. “Ou seja, uma temperatura confortável para um ser humano”.
Os especialistas recomendam ainda que se evite manter a bateria durante longos períodos a 100%, sobretudo em ambientes quentes. Muitos computadores modernos dispõem de sistemas de carregamento otimizado, que limitam automaticamente o tempo passado com a carga máxima.
Jiang aconselha também a adoção de ciclos parciais de carga e descarga. “Mantenha a bateria entre os 20% e os 80% na utilização diária”, recomendou. “Não é necessário carregá-la até 100% de todas as vezes.”
Trata-se, contudo, de uma orientação geral. As recomendações podem variar consoante a composição da bateria, o dispositivo ou o veículo, pelo que devem prevalecer as instruções do respetivo fabricante.
(ZAP)