Antes de mais nada: eu sei que uma bateria completamente descarregada está danificada permanentemente. Eu sei que experimenta mudanças químicas irreversíveis. Eu sei que pode explodir se você tentar carregá-lo. Mas isso não é relevante para a minha pergunta:

É seguro descarregar Li-Ion para 0V e colocá-lo em curto permanentemente depois?

O ponto desta pergunta é: eu reciclo muitas baterias antigas (smartphones, laptops, ...) e, é claro, também tenho que descartar algumas delas de tempos em tempos. Mas antes de descartá-los, tenho que guardá-los ... E eu pessoalmente quero guardá-los no estado mais seguro possível.

Armazená-los "descarregados" para ~ 3V com o dispositivo em que foram usados ​​ainda preserva muita energia na bateria. Se eu armazená-lo com ~ 3V e, digamos, acidentalmente soltar uma unha enorme, ele ainda pode estragar.

Descarga para 0V e curto-circuito, me sinto muito seguro - pelo menos acho que sim. Isso garante que não haja energia elétrica nele e, portanto, nenhuma corrente de curto-circuito pode fazê-la explodir. No entanto, não sei praticamente nada sobre as alterações químicas na célula e o que realmente pode acontecer se a bateria descarregada a 0V (e em curto) puder ser danificada por uma unha ou se explodir por conta própria.

Então, é seguro descarregar uma bateria de íon de lítio para 0V e colocá-la em curto? É ainda melhor do que descartá-lo com carga de 3V (se você tiver o conhecimento necessário para descarregá-lo corretamente, é claro)?

Valeu!

Armazená-los "descarregados" para ~ 3V com o dispositivo em que foram usados ​​ainda preserva muita energia na bateria.

A 3V, uma bateria de íon de lítio quase não tem capacidade restante.

Neste gráfico, duas baterias de 800mAh foram descarregadas a várias taxas. Em 0.1A, praticamente não havia capacidade disponível em 3.0V. Mesmo em 1A eles tiveram 99% de alta.

O problema com zero volts

É com segurança impossível deixar cair uma bateria ideal para zero volts. Uma bateria não pode descer a zero volts por causa da química interna. Em um uso padrão, você não pode diminuir a tensão abaixo de 2 volts, mesmo se conectou os terminais. As baterias variam entre 3,8 e 2,4 volts por célula. À medida que a tensão cai, a resistência interna aumenta. Quanto maior a resistência interna, menor a corrente no curto-circuito. Pessoalmente, não tenho certeza de qual é a menor voltagem segura possível para uma célula de íon de lítio, mas à medida que a voltagem se aproxima desse limite inferior, a corrente cai para quase zero. Veja o final deste post para uma prova mais detalhada disso.

NOTA: O acima é verdadeiro para uma bateria perfeita em um mundo perfeito. Na realidade, você danificará seriamente a bateria rapidamente após um curto-circuito. Nesse ponto, a resistência interna, a corrente e a diferença de energia entre as meias células deixarão de ter importância.

(Eu sei que este gráfico é alcalino, não consegui encontrar um diagrama para um íon de lítio, garanto que ele tem a mesma aparência)

Uma bateria segura é uma bateria descarregada e uma bateria descarregada e uma bateria descarregada é de aproximadamente 2 volts.

Se você baixou a tensão para zero, posso dizer que você fez mais do que neutralizar as células, alterou fundamentalmente a estrutura da bateria. Os íons de lítio são sensíveis e exigentes. Eu não conseguia adivinhar o que exatamente está acontecendo dentro de uma bateria de 0V, mas posso provar a você que ela nunca pode chegar lá (ver final) e o fato de ter indica que sua bateria está agora em um estado inseguro.

Eu gosto do que a outra resposta disse: a 2 volts, a energia interna é ~ 0. Isso é verdade e uma boa maneira de pensar sobre isso.

Que medidas de segurança posso tomar?

Quanto ao armazenamento, entendo que desejo armazená-los com segurança. Se você tiver preocupações, há duas coisas contra as quais você pode proteger: fumaça e fogo.

Para proteger contra fumaça, armazene em uma área bem ventilada ou em um recipiente fechado. Um bloqueio-e-bloqueio funciona bem.

Para proteger contra incêndio, um bloco de concreto com um pedaço de ladrilho ou uma pedra de pavimentação na parte superior e inferior funciona bem.

Em relação à energia elétrica, posso dizer-lhe que, a menos que você esteja falando de uma bateria para algo absolutamente maciço, a energia elétrica na bateria é um perigo relativamente pequeno. É a natureza volátil dos produtos químicos que deve ser sua maior preocupação.

Em suma, o curto-circuito das baterias nunca é uma boa ideia. As baterias de íon de lítio foram projetadas para serem armazenadas em 2-4 volts. Use-os como foram projetados para serem usados.

Por que não consigo reduzi-lo a zero volts?

Uma bateria é composta por duas meias células. Uma meia célula contém reagente dissolvido e sólido A, a outra dissolvida e reagente sólido B. Uma transferência de elétrons do reagente A para o reagente B fará com que A se dissolva e se ligue com um sal e faça com que B seja destacado de um sal e solidificar. Para qualquer reação química, há uma quantidade definida de energia associada.

A meia célula de hidrogênio tem um potencial de 0 volts, uma meia célula de lítio tem um potencial de -3,04 volts, uma meia célula de sódio tem -2,71 volts. veja aqui para mais.

A razão pela qual vemos a tensão diminuir à medida que a bateria descarrega é que a disponibilidade de produtos químicos na meia célula diminui, o que significa que os elétrons terão mais dificuldade em ir de onde estão em uma meia célula para o local onde precisam estar. outra meia célula. Imaginando que tínhamos duas meias células do tamanho de uma lata pop e um átomo de reagente dissolvido A em um e um átomo de reagente sólido B no outro, você pode imaginar que não obterá muita voltagem , a maior parte da energia da reação será gasta apenas colocando os elétrons no lugar certo.

Essa raridade de reagentes quando a bateria descarrega significa que os elétrons devem trabalhar mais para passar de uma célula para outra. Isso se manifesta como um aumento na resistência interna e uma diminuição na CORRENTE às custas da manutenção da tensão nominal. Suponho que eu possa admitir relutantemente que, após bilhões de anos de conexão, é possível que você chegue a zero volts quando cada átomo de A for usado, mas a resistência interna nesse ponto seria trivialmente grande, a corrente trivialmente pequeno. Basta dizer que, depois de apenas alguns minutos ou horas, você teria uma tensão nominal de ~ 2 volts.

Sinto a necessidade de esclarecer que sei que isso não se encaixa nos dados empíricos (ou seja, que a tensão pode ser reduzida a zero conectando as células). Eu entendi aquilo. A bateria deixa de se comportar dessa maneira porque foi muito danificada.

Ainda não está convencido ...

Ok, você tem esse esquema para diminuir lentamente a energia. Você não pode, ou melhor, você já tem. Quando atingir um certo limite inferior (próximo a 2 volts), você não poderá mais extrair corrente significativa da bateria. Restam apenas concentrações de ppm de reagentes e não há quantidade suficiente para produzir uma corrente significativa. Meça a resistência de uma bateria de íon de lítio enquanto extrai dela a uma corrente constante. Pesquisei o gráfico on-line, tudo o que encontrei foram as pilhas alcalinas, mas o gráfico é o mesmo para um Li-Ion. À medida que você desenha cada vez mais, a resistência interna alcançará uma assíntota vertical, crescendo até o infinito.

O que realmente acontece depois disso? O que acontece quando você tenta extrair mais energia de uma bateria do que ela pode realmente fornecer? Eu não sei. Existem muitas variáveis ​​para prever com precisão as reações, violações etc. que podem ocorrer. Tudo o que posso dizer é que existe uma quantidade limitada de corrente na bateria, mas essa corrente sempre sai a uma tensão constante.

A idéia de energia sempre chegando a uma tensão constante parece ser preocupante para você, então peço que pense assim: 2 baterias de 9 volts têm mais voltagem do que uma bateria de carro. Além disso, você pode conectar 100 baterias de carro em paralelo e ainda obter apenas 12 volts.

Isso ocorre porque a tensão da célula é uma função da reação: os dois produtos químicos que estão na célula. Se você fizesse uma célula de bateria de carro do tamanho de um cilindro de grão, seria de 2 volts, porque a reação é de 2 volts. Se você fizesse uma bateria de carro do tamanho de uma moeda de dez centavos, seriam 2 volts porque a reação é de 2 volts. Porque um determinado elétron libera uma determinada quantidade de energia à medida que se move do ponto A ao ponto B.

Dito isto, como muitos elétrons é capaz de empurrar para fora ao mesmo tempo é uma função do tamanho e função da capacidade. À medida que a bateria fica "descarregada", ela será capaz de empurrar cada vez menos elétrons à medida que o reagente fica sem carga. Em um bilhão de anos, não haverá mais reagentes, mas a reação que não estiver acontecendo ainda será uma reação de ~ 3 volts.

Isso é sintetizado na unidade do Volt, que é:

O é uma unidade de trabalho. O é um certo número de electrões. Um volt é, portanto, uma unidade de trabalho por elétron - uma quantidade que representa quanto trabalho um determinado elétron pode realizar. Se existem 3 elétrons ou elétrons, eles fazem a mesma quantidade de trabalho cada um. Uma bateria, portanto, apenas diminui de voltagem, porque ganhará uma certa resistência interna e os elétrons precisarão fazer mais trabalho para chegar aos terminais da bateria. A reação ainda libera a mesma energia em uma base por elétron.C 1 × 10 $Nm$$C$$1 \times 10^{12}$

Entendo que esse conceito é difícil de entender e que há uma forte tendência a pensar na tensão da bateria como relacionada à magnitude de uma bateria e a quão "cheia" está em termos de um valor percentual. No entanto, não é um reflexo preciso de como as baterias operam e, para elas, contraria os próprios fundamentos da eletroquímica.

Se, nesse momento, você ainda não está convencido, devo aconselhá-lo a fazer um curso de eletroquímica, a página da Wikipedia é muito útil e tenho certeza de que há uma fonte infinita de tutoriais do YouTube sobre o assunto.

Mas eu tentei isso e não tive um problema!

Legal. Mas a questão não é "pode ​​ser feita com segurança?" Claro, talvez exista alguma maneira de obter um íon de lítio a zero volts sem emitir fumaça (o que você pode não ser capaz de detectar até ficar doente com eles). A questão não é se é fisicamente possível ou não fazê-lo sem explosões, mas a questão é a segurança. Embora você possa fazer isso, e embora possa ser seguro em algumas circunstâncias, não é mais seguro do que simplesmente deixá-los em 2 volts e, eu diria, que há mais riscos envolvidos.

Em última análise, cabe a você, mas posso pensar em muitas razões pelas quais não é seguro descarregar baterias dessa maneira e não vejo nenhum benefício em fazê-lo.

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Quase todas as baterias de íon de lítio têm cobre como coletor de corrente de ânodo. Quando o cobre é exposto a alta tensão do ânodo devido à alta descarga, o cobre se dissolve no eletrólito, provocando um aumento da resistência elétrica interna. Se a descarga for realmente profunda (ou seja, você deixa a bateria em curto-circuito por dois dias ou mais), sua bateria se tornará apenas uma resistência elétrica inútil (vista dos terminais). Mas, no entanto, você sempre verá alguma recuperação da tensão do circuito aberto. Quando a bateria estiver profundamente descarregada, aplicaria um curto-circuito permanente como condição mais segura.