O eletrólito atua como um catalisador que torna a bateria condutora, facilitando o movimento dos íons do cátodo para o ânodo durante o carregamento e na direção inversa durante a descarga. Os íons são átomos eletricamente carregados que perderam ou ganharam elétrons, e o eletrólito de uma bateria consiste em sais solúveis, ácidos ou outras bases nas formas líquida, gelificada e seca. Os eletrólitos também vêm de polímeros, como aqueles usados em baterias de estado sólido, cerâmicas de estado sólido e sais fundidos, como baterias de sódio-enxofre.
Baterias de chumbo-ácido
As baterias de chumbo-ácido usam ácido sulfúrico como eletrólito. Quando carregado, o ácido torna-se mais denso à medida que o óxido de chumbo (PbO2) se forma na placa positiva e, em seguida, torna-se quase água quando totalmente descarregado. As baterias de chumbo-ácido estão disponíveis em formas inundadas e seladas, também conhecidas como chumbo-ácido reguladas por válvula (VRLA) ou livres de manutenção.
O ácido sulfúrico é incolor, ligeiramente verde-amarelado, solúvel em água e altamente corrosivo. A corrosão do ânodo ou a entrada de água na bateria podem causar ferrugem, o que resulta em uma cor amarelada.
As baterias de chumbo-ácido têm diferentes gravidades específicas (SG). As baterias de ciclo profundo usam eletrólitos densos com SG de até 1.330 para atingir alta energia específica, as baterias básicas têm um SG médio de cerca de 1.265, enquanto as baterias estacionárias têm um SG inferior de cerca de 1.225 para mitigar a corrosão e prolongar a vida útil.
Baterias de níquel-cádmio (NiCd)
O eletrólito nas baterias NiCd é um eletrólito alcalino (hidróxido de potássio). A maioria das baterias NiCd tem formato cilíndrico, com várias camadas de materiais de eletrodo positivos e negativos enrolados em um rolo de gelatina. As baterias de NiCd inundadas são usadas como baterias marítimas para aeronaves comerciais e em sistemas UPS que operam em climas quentes e frios, onde são necessários ciclos frequentes. Os NiCds são mais caros que o chumbo-ácido, mas têm uma vida útil mais longa.
Baterias de níquel-hidreto metálico (NiMH)
NiMH usa eletrólito igual ou semelhante ao NiCd, geralmente hidróxido de potássio. Os eletrodos NiMH são únicos, consistindo de níquel, cobalto, manganês, alumínio e metais de terras raras, que também são usados em íons de lítio. NiMH está disponível apenas em versões seladas.
O hidróxido de potássio é um composto inorgânico de fórmula geral KOH, comumente conhecido como potassa cáustica. O eletrólito é incolor e tem muitas aplicações industriais, como ser ingrediente na maioria dos sabonetes macios e líquidos.
Baterias de íon de lítio (íon de lítio)
As baterias de íon de lítio usam eletrólitos líquidos, gel ou polímeros secos. A forma líquida é uma forma orgânica inflamável, em vez de uma forma aquosa, e é uma solução de sais de lítio com um solvente orgânico semelhante ao carbonato de etileno. A mistura da solução com vários carbonatos proporciona maior condutividade e uma faixa de temperatura mais ampla. Outros sais podem ser adicionados para reduzir a gaseificação e melhorar o ciclo de alta temperatura.
O íon de lítio com eletrólitos gelificados aceita muitos aditivos para aumentar a condutividade, assim como as baterias de polímero de lítio. Os verdadeiros polímeros secos só são condutores em altas temperaturas e esta bateria não está mais em uso comercial. Aditivos também são adicionados para alcançar longevidade e características únicas. As formulações são classificadas e cada fabricante possui sua receita secreta.
Os eletrólitos devem ser estáveis, mas este não é o caso do íon-lítio. Uma película passivadora se forma no ânodo, chamada interface de eletrólito sólido (SEI). Esta camada separa o ânodo do cátodo, mas permite a passagem dos íons como um separador. Essencialmente, a camada SEI deve ser formada para que a bateria funcione corretamente. O filme estabiliza o sistema e prolonga a vida útil da bateria de íons de lítio, mas isso resulta em capacidade reduzida. A oxidação do eletrólito também ocorre no cátodo, reduzindo permanentemente a capacidade.
Para evitar que o filme fique muito localizado, aditivos são misturados ao eletrólito consumido durante o processo de formação da camada SEI. A sua presença é difícil ou mesmo impossível de rastrear quando avaliada para detecção. Isto torna os aditivos patenteados um segredo comercial, tanto em termos da sua composição como da quantidade utilizada.
Um aditivo bem conhecido é o carbonato de etileno (VC). Esta química melhora o ciclo de vida das baterias de íons de lítio, especialmente em temperaturas mais altas, e mantém baixa resistência interna com o uso e o envelhecimento. O VC também mantém um filme SEI estável no ânodo, sem efeitos colaterais adversos da oxidação eletrolítica no cátodo (Aurbach et al.). Diz-se que as comunidades acadêmicas e de pesquisa estão atrás dos fabricantes de baterias na compreensão e seleção de aditivos, por isso há muitos segredos.
Para a maioria das baterias comerciais de íons de lítio, a camada SEI se decompõe em temperaturas de célula de 75–90 graus (167–194 graus F). O tipo de bateria e o estado de carga (SoC) afetam a avaria a altas temperaturas. Se não for resfriado adequadamente, pode ocorrer comportamento de autoaquecimento, levando à fuga térmica. Testes de laboratório em células 18.650 mostraram que tais eventos térmicos podem levar até dois dias para se desenvolverem.
A inflamabilidade dos eletrólitos de íons de lítio é uma preocupação adicional, e experimentos foram conduzidos para produzir eletrólitos não inflamáveis ou de inflamabilidade reduzida por meio de aditivos ou desenvolvimento de líquidos iônicos não orgânicos, e pesquisas também foram conduzidas sobre a operação de baterias de íons de lítio. em baixas temperaturas.