Qual é a melhor forma de carregar a bateria do celular?

- Atualizado no dia 10 de outubro de 2021 -

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Nas últimas décadas, o mundo testemunhou uma avassaladora ascensão dos aparelhos móveis de telefonia, culminando finalmente no desenvolvimento dos chamados smartphones, estes os quais foram além das funções de comunicação, transformando os celulares em verdadeiros computadores miniaturizados. Nesse sentido, vários componentes, incluindo CPU, memória, tela de toque, hardware de gráficos, funções de áudio, armazenamento e diversas interfaces de networking, passaram a exigir cada vez mais das baterias e, consequentemente, uma maior frequência de recargas. Mesmo com o desenvolvimento de baterias de íon-lítio de maior capacidade, uma frequente necessidade de recarga ainda acompanha a vida da maioria dos usuários.

Na busca por uma maior vida útil da bateria, duas dúvidas comuns perseguem os consumidores. A primeira é relacionada com o efeito de memória, ou 'bateria viciada'. Já a segunda é referente com a popularização do conceito de carregamento wireless: prejudica ou beneficia a bateria?

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EFEITO DE MEMÓRIA

Uma dúvida que castiga de preocupação grande parte das pessoas é em relação aos cuidados na hora de recarga das baterias de celular e de outros equipamentos eletrônicos. E um dos supostos problemas mais difundidos nas discussões do dia a dia é relacionado com o famoso Memory Effect (Efeito de Memória) ou, como é mais conhecido aqui no Brasil, "Vício de Bateria".

O efeito de memória é algo bem característico das baterias de Níquel-Cádmio (NiCd) e de Níquel-Metal Hidreto (NiMH). Nesses dois tipos de baterias - bem populares no passado, mas com um uso limitado hoje -, caso a recarga não fosse feita somente quando a energia estivesse totalmente depletada (0%) ou se fosse feita de forma incompleta, a capacidade energética sofria prejuízos significativos. Por isso o fenômeno ficou apelidado de 'efeito de memória', já que a bateria passava a se "lembrar" da menor capacidade que aparentemente haviam desenvolvido (o novo limite de gasto energético tendia a ser próximo do ponto até onde a bateria descarregou ou foi carregada). Obviamente, essas baterias não possuem consciência própria, sendo que esse efeito é apenas devido à dinâmica eletroquímica presente.

Só que esse fenômeno não afeta as modernas baterias recarregáveis, ou seja, as baseadas em lítio, presentes no seu celular, notebook, tablet, etc. As baterias de lítio-íon (ou Li-íon) (!) não possuem os efeitos de memória (1) tão devastadores presentes naquelas de NiCd e de NiMH. Na verdade, é até prejudicial para o desempenho dessas baterias se forem descarregadas completamente, sendo que o recomendado é sempre procurar carregá-las quando estiverem chegando perto do esgotamento. Não é necessário se preocupar em recarregá-las de forma incompleta (50, 60, 70, 80%, etc.) e nem se incomodar em esperar que alcancem perto de 0% antes da recarga. Isso não afetará a vida útil das baterias íon-lítio. No site da Apple eles até explicam mais detalhadamente sobre o assunto (2). Virtualmente, não existe efeito de memória nas baterias de lítio que possa gerar mínima preocupação em relação aos atuais aparelhos móveis de uso comum.

As baterias de lítio não ficam viciadas

No caso do Lítio-íon, dois outros fatores são os reais perigos para a sua vida útil:

1. Altas temperaturas, as quais fazem com que reações secundárias aconteçam em demasiado dentro dessas baterias, degradando-as mais rapidamente. Fique de olho onde você está deixando sua bateria/dispositivo e evite aquecimentos desnecessários na hora da recarga (retire a tampa durante a recarga ou deixe o aparelho em um lugar bem fresco/ventilado);

2. Se não for usar seu aparelho ou bateria por um longo período, nunca deixe a bateria com recarga totalmente cheia ou totalmente vazia. Prefira guardá-la com cerca de 50% de recarga. Isso preserva bastante a capacidade da bateria (por isso quando você compra um aparelho que possui uma bateria de lítio esta estará com cerca de metade da sua carga).

Bem, além disso, obviamente, a bateria de íon-lítio, ou quaisquer outras, irão perder a eficiência com o tempo de uso ou com o simples tempo. É válido também chamar a atenção para os ciclos da bateria. Muitos pensam que toda vez que se recarrega a bateria já está sendo usado 1 ciclo e, como o número de ciclos é diretamente ligado com a sua vida útil, cada recarga seria uma apunhalada. Só que a bateria de lítio só conta 1 ciclo completo depois do uso de 100% da sua capacidade. Por exemplo, se você usou 50% da energia da bateria hoje e recarregou ela, você apenas gastou meio ciclo. Se amanhã você usar 20% e recarregar, ainda faltará mais 30% para chegar em 1 ciclo completo. Ou seja, você pode demorar dias até completá-lo. É estimado que uma bateria de lítio convencional sobreviva bem ao uso entre 400 e 1200 ciclos, dependendo do seu modo de fabricação e/ou aparelho no qual ela esteja inserida. Baterias mais sofisticadas podem durar bem mais, como as encontradas em carros elétricos.

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(1) Um estudo de 2013, publicado na Nature, mostrou que a bateria de lítio feita do composto LiFePO₄ (que serve de eletrodo positivo) possui, sim, um efeito de memória, algo antes considerado impossível. Só que o efeito é muito pequeno quando comparado com as antigas baterias de níquel. Publicação do estudo: Nature

(2) Artigo da Apple: http://www.apple.com/br/batteries/why-lithium-ion/
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OBS.: Alguns fabricantes recomendam, nas instruções, que os consumidores descarreguem completamente a bateria e carregue-a completamente antes do primeiro uso. Isso é desnecessário e não afetará a vida útil da sua bateria de lítio caso não seja feito. Essa recomendação seria válida se houvesse algum parâmetro de calibração do aparelho em relação à leitura da bateria que necessitasse desse procedimento inicial, mas isso é independente da sua vida útil. Quanto a carregar completamente antes de usar o aparelho pela primeira vez, isso pode estar mais ligado ao marketing do produto, objetivando otimizar, ao máximo, a primeira experiência do usuário com o novo produto. Ou seja, carregando tudo, você estaria usando o produto por mais tempo pela primeira vez, aumentando a satisfação.

(!) BATERIAS LÍTIO-ÍON: Nessas baterias, íons lítio (Li⁺) são os principais transportadores de carga entre os eletrodos. O cátodo é tipicamente composto de um sólido formado por lítio, outro metal e um ânion oxigenado (ex.: LiCoO₂, LiFePO₄, LiMn₂O₄), e o ânodo de um material grafítico (carbono); ligando ambos está uma solução eletrolítica constituída de um sal de lítio e uma mistura de solventes (como dimetil carbonato ou dietil carbonato); e impedindo o contato direto entre o cátodo e o ânodo está geralmente um filme feito de material polimérico. Quando totalmente carregada, o ânodo da bateria (com excesso de carga negativa/elétrons) torna-se embebido com íons Li⁺ (oriundos do eletrólito, e este compensado com Li⁺ desprendido do cátodo). Quando a bateria é usada (descarregada), um fluxo de elétrons sai do ânodo para o cátodo, levando ao retorno de íons Li+ para esse último. Quando o cátodo se torno cheio de íons Li⁺, a reação para e a carga da bateria passa a apontar 0%. Quando carregada novamente, a energia elétrica externa aplicada empurra os íons Li⁺ de volta ao ânodo para um novo ciclo de descarga. O uso de íons Li⁺ (segundo menor cátion depois do íon H⁺) permite um grande armazenamento de energia elétrica em um pequeno espaço.

> ALERTA: Existe risco de fogo ou explosão nas baterias de lítio devido aos solventes constituintes da solução eletrolítica e do filme polimérico separador (constituído geralmente de polietileno ou polipropileno), os quais são inflamáveis e termicamente instáveis. Além disso, sais no cátodo são fonte de oxigênio gasoso (O₂) quando aquecidos; o LiCoO₂ (cátodo tipicamente usado nos dispositivos eletrônicos móveis) se decompõe liberando O₂ a cerca de 180°C. Nesse último ponto, cenários de explosão incluem aquecimento excessivo da bateria e curtos-circuitos externos ou internos (também causando superaquecimento). Pesquisas laboratoriais atualmente têm trabalhado no sentido de desenvolver baterias de lítio mais seguras, particularmente o desenvolvimento de separadores não-inflamáveis e eletrólitos sólidos (Ref.11).

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ATUALIZAÇÃO (10/10/19): O Prêmio Nobel deste ano foi para três pesquisadores responsáveis pelo desenvolvimento das modernas baterias de lítio. Para mais informações sobre a premiação e sobre o funcionamento das baterias de lítio, acesse: Prêmio Nobel de Química vai para os pesquisadores que desenvolveram a bateria de lítio-íon

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CARREGAMENTO WIRELESS

Hoje, os fabricantes e os consumidores estão cada vez mais investindo na tecnologia de carregamento indutivo, sem fios (wireless), por causa da conveniência ao se dispensar cabos. O aparelho celular apenas precisa repousar sobre uma base de carregamento.

A padronização das estações de recarga, e inclusão de bobinas indutivas de carregamento em vários smartphones, levou a uma rápida adoção da tecnologia. O carregamento indutivo permite a uma fonte transmitir energia através do ar, sem a necessidade de um fio conector, um conceito famosamente desenvolvido por Nikola Tesla (1). Porém, esse tipo de carregamento traz um problema: geração excessiva de calor. Existem várias fontes de geração de calor associadas com qualquer sistema de recarga indutivo, tanto no aparelho sendo carregado quanto no carregador. Isso piora quando lembramos que ambos os dispositivos estarão em contato direto - permitindo um aquecimento extra do smartphone via simples condução e convecção de calor - e que existem poucos meios de dissipação eficiente do calor nos smartphones.

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(1) Leitura recomendada: Nikola Tesla: O Gênio dos Raios

Os sistemas wireless de carregamento usam acoplamento magnético para a transmissão e recebimento de energia. Tais sistemas primeiramente convertem corrente AC para DC, em seguida temos uma conversão da DC para uma AC de alta-frequência com um transformador (núcleo de ar) operando na frequência de rádio para o acoplamento magnético. Quando correntes elétricas induzidas circulam em um material condutor via mudança no campo magnético, temos um aquecimento Joule. Durante a conversão AC-DC, temos também aquecimento.

Lembrando da equação de Arrhenuis, a maioria das reações químicas têm a taxa reativa dobrada para cada 10°C de aumento na temperatura. Em uma bateria, as reações que podem ocorrer incluem taxa acelerada de crescimento de filmes de passivação (uma fina cobertura inerte impedindo a superfície abaixo de reagir) sobre os eletrodos da célula. Essa passivação ocorre via reações redox (oxidação e redução), irreversivelmente aumentando a resistência interna da célula e, subsequentemente, levando a uma crescente degradação e falha. Uma bateria de lítio sob uma temperatura de 30°C é tipicamente considerado uma exposição a elevadas temperaturas, potencialmente levando a um encurtamento da vida útil da bateria. Fabricantes também alertam para que os aparelhos não fiquem sob temperaturas de 50-60°C para evitar a geração de gases e catastrófica degradação da bateria.

Nesse sentido, um estudo recente publicado no periódico ACS Energy Letters (Ref.9) resolveu comparar a geração de calor entre três modos de recarga para smartphones:

1. Tradicional, ou seja, com os cabos;
2. Indutivo, mas alinhado corretamente;
3. Indutivo, mas não-alinhado.

Quando as pessoas colocam o aparelho móvel para carregar indutivamente, nem sempre fica intuitivo qual a posição correta da antena de recepção em relação à base do carregador, fazendo com que frequentemente as bobinas no emissor e no receptor fiquem desalinhadas. O carregador, para compensar esse desalinhamento, aumenta a transmissão de energia e/ou ajusta a frequência de operação, o que leva a perdas de eficiência e aumenta a geração de calor.

Durante o estudo experimental, mapas de calor foram sendo continuamente gerados acompanhando as variações de temperatura na bateria. Os resultados mostraram que:

- No caso dos celulares carregados no modo tradicional, a temperatura média alcançada dentro de 3 horas de recarga não excedeu os 27°C.

- No caso do carregamento via indução, de forma alinhada, a temperatura de pico foi de 30,5°C, mas gradualmente foi reduzida na metade final do processo de recarga.

- No caso do carregamento indutivo não-alinhado, o pico de temperatura foi similar (~30,5°C), mas essa temperatura foi alcançada mais rapidamente e persistiu por muito mais tempo (125 minutos em comparação com os 55 minutos do modo alinhado).

Em relação à base carregadora em si (emissor indutivo), o máximo de energia transmitida no modo alinhado foi de 9,5W e, para o modo não-alinhado, de 11W. Houve uma média máxima de temperatura no não-alinhamento de 35,3°C, mais do que 2°C acima do modo alinhado (33°C).

Os autores do estudo concluíram que, enquanto não houverem otimizações resolvendo o problema do aquecimento extra, os consumidores devem preferir o carregamento tradicional caso estejam interessados em uma maior vida útil da bateria em seus smartphones.

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CONCLUSÃO

O efeito de memória, na prática, não interfere com a vida dos usuários de smartphones, já que baterias de lítio não o possuem em significativa extensão. No caso dos novos modos wireless de carregamento, um ganho de comodidade acaba ocorrendo em detrimento da perda de vida útil da bateria devido aos problemas de aquecimento excessivo. Nesse sentido, pelo menos por enquanto, continuar preferindo os cabos é a melhor opção caso comodidade não seja seu foco.

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REFERÊNCIAS CIENTÍFICAS

http://jes.ecsdl.org/content/143/10/L225.short
https://www.psi.ch/media/memory-effect-now-also-found-in-lithium-ion-batteries
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775300005061
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468608005914
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775306021161
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167273806001512
http://www-scf.usc.edu/~rzhao/LFP_study.pdf
https://www.admin.ch/gov/en/start/dokumentation/medienmitteilungen.msg-id-48489.html
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.9b00663
https://www.science.org.au/curious/technology-future/lithium-ion-batteries
Zhang et al. (2021). Recent progress in flame-retardant separators for safe lithium-ion batteries. Energy Storage Materials, 37, 628–647. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.02.042