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Qual o impacto do calor extremo nas baterias estacionárias

Qual o impacto do calor extremo nas baterias estacionárias

Verão, sol, praia e calor. Esta combinação que se adapta tão bem a nós, humanos, com elevadas cargas de trabalho e stress, mas pode ser uma fonte de preocupação para baterias grandes ou estacionárias.

As altas temperaturas podem não só afetar o desempenho como também a vida útil e a segurança das próprias instalações. Este artigo explora como o calor extremo afeta estas baterias e que medidas podem ser tomadas para mitigar estes efeitos.

Efeitos das altas temperaturas no carregamento e na capacidade da bateria

As altas temperaturas podem afetar a capacidade de carregamento das baterias de diversas formas. Em geral estima-se que as baterias funcionem de forma ideal a temperaturas entre os 15 e os 35 ºC. Fora deste intervalo, a sua capacidade de carregamento pode diminuir ou variar.

Com temperaturas acima dos 40º a capacidade de carregamento da bateria pode ser reduzida até 40%. A 45 ºC a vida útil de uma bateria de iões de lítio pode ser reduzida para metade quando comparada com uma temperatura de 25º. Um estudo publicado na ACS Letters destaca que as altas temperaturas, embora aumentem a atividade do eletrólito também podem aumentar a sua viscosidade. Isto abranda a migração de iões, reduzindo a eficiência e a velocidade de carregamento. Além disso, o calor excessivo pode acelerar a evaporação do eletrólito, diminuindo a sua concentração no interior da bateria e afetando negativamente a eficiência da reação eletroquímica e a capacidade de carregamento.

Por outro lado, segundo o mesmo estudo, as altas temperaturas podem provocar alterações estruturais no material do elétrodo, resultando na perda de capacidade e na redução do desempenho de carregamento. Estas temperaturas podem também intensificar as reações entre os elétrodos e o eletrólito, formando produtos de decomposição que afetam a vida útil e a capacidade de carregamento da bateria.

Da mesma forma, o calor excessivo acelera as reações químicas no interior da bateria, aumentando a geração de calor e de gás. Isto pode aumentar a pressão interna, causando inchaço e danos, afetando ainda mais a capacidade de suporte de carregamento.

E como é que isso afeta a degradação da bateria?

As altas temperaturas não só afetam apenas a capacidade e a velocidade de carregamento, mas também geram uma degradação significativa dependendo do nível de temperatura1. Apresentamos alguns números e proporções sobre a degradação das baterias de iões de lítio em função da temperatura:

  •  A 25 °C: a degradação da bateria é relativamente baixa. Por exemplo, após 200 ciclos, o desempenho da bateria diminui apenas 3,3%2;
  • A 45 °C: a degradação é significativamente acelerada. No mesmo período de 200 ciclos, o desempenho da bateria diminui 6,7%;
  • A 55 °C: a capacidade da bateria pode diminuir até 47,2% após 100 ciclos3.
  • A 55 °C: a capacidade da bateria pode ser reduzida para o limite de falha do estado de saúde (SOH) de 80% após cerca de 250 ciclos, em comparação com cerca de 3900 ciclos a 25 °C24.

Como reduzir estes riscos

Além disso, com temperaturas elevadas, a interface eletrólito e eletrólito sólido (SEI) pode quebrar, desestabilizando o cátodo e o ânodo. Isto pode levar a uma ventilação violenta, incêndios e fuga térmica. A Universidade de Gadjah Mada, na Indonésia, investigou as melhores práticas para operar baterias estacionárias nestas condições, sublinhando a importância de manter um ambiente térmico uniforme para evitar variações no desempenho e condições inseguras.

Para mitigar os riscos associados às altas temperaturas, é crucial implementar sistemas de gestão térmica (ar-condicionado, ventilação). Estes sistemas controlam as temperaturas das baterias, garantindo um ambiente térmico uniforme e evitando gradientes de temperatura que podem provocar variações no desempenho. A otimização destes sistemas é essencial para melhorar a eficiência e reduzir os custos operacionais do BESS. Em geral recomendam-se as seguintes medidas.


[1] https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsenergylett.2c01400

[2] www.greentechrenewables.com/article/how-does-temperature-affect-battery-performance

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