O que é uma célula cilíndrica?

Uma célula cilíndrica é um tipo de bateria recarregável (ou, às vezes, primária) onde os componentes principais são enrolados ("rolo de geleia") e alojados dentro de uma lata de metal cilíndrica rígida (tipicamente aço ou alumínio). Elas são um dos formatos de bateria mais comuns e maduros.

Aqui está uma análise de suas principais características e recursos:

Formato

Como o nome sugere, elas têm um formato cilíndrico, semelhante a uma bateria AA ou AAA padrão, mas geralmente muito maior.

Composição estrutural

Uma célula cilíndrica típica consiste em uma carcaça, uma tampa, um eletrodo positivo, um eletrodo negativo, um separador, um eletrólito, um elemento ptc, uma junta, uma válvula de segurança, etc. Geralmente, a carcaça da bateria é o terminal negativo da bateria, e a tampa é o terminal positivo. A carcaça da bateria é feita de chapa de aço niquelada.

• • Rolo de Geleia: O núcleo consiste em finas folhas de material de ânodo, material de cátodo e separador enrolados em espiral ("rolo de geleia"). Isso maximiza a área de superfície dentro do cilindro.

  • Lata de Metal: O rolo de geleia é inserido em um cilindro de metal durável. Isso fornece excelente estabilidade mecânica e proteção.

  • Eletrólito: O eletrólito líquido preenche o espaço dentro da lata e entre as camadas do eletrodo.

  • Terminais: Os terminais positivo (+) e negativo (-) estão localizados em cada extremidade do cilindro. O terminal positivo geralmente tem uma tampa elevada com um mecanismo de ventilação de segurança, enquanto o terminal negativo é a base plana (ou vice-versa, dependendo do design).

  • Válvula de Segurança: Um recurso crítico projetado para romper e liberar pressão se houver acúmulo interno de gás devido ao superaquecimento ou mau funcionamento, evitando explosões.

Modelos comuns

As células cilíndricas de íon de lítio são geralmente representadas por cinco dígitos. Começando da esquerda, os dois primeiros dígitos indicam o diâmetro da bateria, o terceiro e o quarto dígitos indicam a altura da bateria, e o quinto dígito indica a arredondamento. Os modelos comuns de células cilíndricas incluem:

• 18650: O tipo mais famoso. ~18mm de diâmetro, ~65mm de altura. Usado extensivamente em laptops, ferramentas elétricas e nos primeiros veículos Tesla.

• 21700: ~21mm de diâmetro, ~70mm de altura. Cada vez mais popular, oferecendo maior capacidade/potência do que 18650. Usado em modelos Tesla mais recentes, e-bikes, ferramentas elétricas.

• 26650: ~26mm de diâmetro, ~65mm de altura. Frequentemente usado em aplicações de maior potência, como lanternas maiores ou armazenamento solar.

• 4680: ~46mm de diâmetro, ~80mm de altura. O formato mais recente e maior da Tesla, projetado para maior densidade de energia, potência e fabricação simplificada.

• Outros: Muitos outros tamanhos existem (14500, 10440, 32650, etc.).

Vantagens

• Maduro e Comprovado: Décadas de refinamento de fabricação levam a alta confiabilidade e qualidade consistente.
• Robusto e Durável: A carcaça de metal rígida fornece excelente resistência mecânica, resistência à compressão e proteção.
• Excelente Gerenciamento Térmico: O formato cilíndrico e a lata de metal transferem eficientemente o calor gerado durante a operação para o ambiente externo ou para um sistema de resfriamento. Isso é crucial para o desempenho e a segurança.
• Eficiência de Fabricação: Existem linhas de produção altamente automatizadas e de alto volume, mantendo os custos relativamente baixos.
• Padronização: Tamanhos padrão permitem uma integração mais fácil em diferentes pacotes de bateria e compatibilidade entre os fabricantes.
• Segurança: A carcaça forte contém bem as falhas internas, e a ventilação de pressão fornece uma liberação de segurança crítica.

Desvantagens

• Ineficiência de Embalagem: Quando embalado em um módulo/pacote de bateria retangular, o formato redondo inerente cria espaços vazios ("vazios") entre as células, reduzindo a densidade de energia volumétrica geral do pacote em comparação com células prismáticas ou pouch.
• Montagem Complexa do Pacote: A construção de grandes pacotes de bateria requer muitas células individuais (milhares em um EV), juntamente com fiação complexa, barramentos e conexões do sistema de gerenciamento de bateria (BMS).
• Peso: A carcaça de metal adiciona peso em comparação com as células pouch.
• Gradiente Térmico: Em células cilíndricas muito grandes (como 4680), gerenciar o calor uniformemente em todo o rolo de geleia maior pode ser um desafio.

Aplicações Comuns

• Veículos Elétricos (EVs): Tesla (historicamente 18650/21700, agora 4680), Lucid, Rivian e outros.
• Bicicletas Elétricas/Patinetes
• Ferramentas Elétricas (Furadeiras, Serras, etc.)
• Computadores Portáteis
• Lanternas
• Eletrônicos Portáteis
• Eletrônicos de Consumo (Vapes, etc.)
• Sistemas de Armazenamento de Energia Estacionários (ESS)

Em essência

Uma célula cilíndrica é um design de bateria robusto, padronizado e confiável, onde os eletrodos são enrolados em espiral e alojados em um tubo de metal forte. Seu excelente desempenho térmico, durabilidade e fabricação madura o tornam uma escolha dominante, especialmente para aplicações que exigem alta potência e confiabilidade, apesar de algumas ineficiências de embalagem. A forte dependência da Tesla em relação a elas para EVs impulsionou significativamente sua proeminência nos últimos anos.