Carregamento sem fios pode reduzir vida útil da bateria do celular

Redação do Site Inovação Tecnológica

Os três modos testados: (a) carregamento plugado à rede; (b) carregamento indutivo alinhado e (c) carregamento indutivo desalinhado. [Imagem: Loveridge et al. - 10.1021/acsenergylett.9b00663]

Carregamento indutivo

O modo como você recarrega o seu celular - pelo carregador comum, ligado à tomada, ou pelo carregamento indutivo, sem fios - pode mudar a expectativa de vida de sua bateria.

Esta é a conclusão de Melanie Loveridge e colegas da Universidade de Warwick, no Reino Unido, que compararam três modos de carregamento do celular, dois deles envolvendo o carregamento sem fios.

O carregamento indutivo permite que uma fonte de energia transmita eletricidade através de um espaço de ar, sem o uso de fios de conexão.

A inclusão de bobinas de carregamento indutivo em vários modelos mais recentes de telefones celulares levou ao aumento rápido da adoção da tecnologia. Em 2017, fabricantes de automóveis anunciaram a inclusão de consoles dentro de 15 modelos para carregar indutivamente dispositivos eletrônicos de consumo, incluindo os celulares - e em uma escala muito maior, várias empresas estão considerando a possibilidade de carregar baterias de veículos elétricos dessa mesma maneira.

O problema é que esse modo de carregamento gera uma grande quantidade de calor indesejado, o que prejudica a bateria, diminuindo sua vida útil.

São várias as fontes de geração de calor associadas a qualquer sistema de carregamento indutivo - tanto no carregador quanto no aparelho que está sendo carregado. Esse aquecimento adicional é agravado pelo fato de que o aparelho e a base de carga ficam em contato físico, o que significa que qualquer calor gerado em um deles é transferido para o outro por simples condução e convecção térmica.

Nos celulares, a bobina que recebe a energia fica junto à tampa traseira do telefone, ao lado da bateria e de tudo o mais, o que limita a possibilidade de dissipação do calor gerado dentro do telefone ou o proteja do calor vindo do exterior.

A vida útil de uma bateria é estreitamente relacionada à temperatura em que ela opera. Quanto mais alta a temperatura, menor é o número de ciclos em que ela pode ser carregada e utilizada.
[Imagem: Loveridge et al. - 10.1021/acsenergylett.9b00663]

Baterias e temperatura

As baterias de íons de lítio são dispositivos químicos, e a regra prática - ou, mais tecnicamente, a equação de Arrhenuis - estabelece que, para a maioria das reações químicas, a taxa de reação dobra a cada 10° C de aumento de temperatura.

Em uma bateria, as reações indesejadas que podem ocorrer incluem a taxa de crescimento acelerado de filmes passivantes (um revestimento inerte fino tornando a superfície subjacente não reativa) nos eletrodos da célula. Isso ocorre por meio de reações redox, que aumentam irreversivelmente a resistência interna da célula, resultando em degradação no desempenho e, em última instância, em falha.

Um problema adicional encontrado pelos pesquisadores ocorre quando a bobina do aparelho que está sendo carregado não está perfeitamente alinhada com a bobina do carregador - os resultados são ainda piores, com maior geração de calor.

Embora os fabricantes alertem contra falhas catastróficas - explosões, por exemplo - em temperaturas operacionais acima dos 50 ou 60º C, uma bateria de íons de lítio com uma temperatura superior a 30 ºC é tipicamente considerada em temperatura elevada, expondo a bateria ao risco de uma vida útil mais curta, dizem os pesquisadores.

Assim, embora equipe não tenha estabelecido quanto de vida útil a bateria do seu celular irá perder em cada caso - o que exigiria observações de longo prazo e uma grande quantidade de aparelhos, para se estabelecer uma média -, o recado é bem claro: o celular aquece com o carregamento indutivo, e bateria e temperaturas elevadas não se dão.

• 
  

O alinhamento entre as bobinas do aparelho e do carregador é essencial para uma maior eficiência do carregamento sem fios. [Imagem: Loveridge et al. - 10.1021/acsenergylett.9b00663]

Carregamento e redução da vida útil da bateria

No caso do telefone carregado com o carregador plugado na rede elétrica convencional, a temperatura média máxima atingida dentro de 3 horas de carregamento não excedeu 27° C, partindo de uma temperatura ambiente de 25° C.

Em contraste, com o telefone sendo carregado por carregamento indutivo alinhado, a temperatura atingiu um pico a 30,5° C, que se reduziu gradualmente durante a segunda metade do período de carregamento.

No caso de carregamento indutivo desalinhado, o pico de temperatura foi de magnitude similar (30,5º C), mas esta temperatura foi alcançada mais cedo e persistiu por muito mais tempo neste nível (125 minutos, versus 55 minutos para o carregamento corretamente alinhado).

A temperatura média máxima da base de carregamento durante o carregamento sob desalinhamento atingiu 35,3° C, dois graus acima da temperatura detectada quando o telefone estava alinhado, que atingiu 33° C. Isso sinaliza a deterioração na eficiência do sistema, com geração adicional de calor atribuível a perdas de energia e correntes parasitas.

Também digno de nota foi o fato de que a potência máxima de entrada na base de carregamento foi maior no teste em que o telefone estava desalinhado (11W) do que com o telefone bem alinhado (9,5 W).

A conclusão da equipe é que o carregamento indutivo, embora conveniente, provavelmente levará a uma redução na vida útil da bateria do celular. Para muitos usuários, essa degradação pode ser um preço aceitável para a conveniência, mas para aqueles que desejam aproveitar a vida útil mais longa do telefone, o carregamento via cabo ainda é recomendado.

• 
  

Bibliografia:

Temperature Considerations for Charging Li-Ion Batteries: Inductive versus Mains Charging Modes for Portable Electronic Devices
Melanie J. Loveridge, Chaou C. Tan, Faduma M. Maddar, Guillaume Remy, Mike Abbott, Shaun Dixon, Richard McMahon, Ollie Curnick, Mark Ellis, Mike Lain, Anup Barai, Mark Amor-Segan, Rohit Bhagat, Dave Greenwood
ACS Energy Letters
Vol.: 4, 5, 1086-1091
DOI: 10.1021/acsenergylett.9b00663