Qual é a diferença entre capacidade e energia?

Embora usemos a palavra capacidade em conversas cotidianas, ela tem um significado particular para os cientistas de baterias, o que pode afetar a forma como entendemos o desempenho da bateria. Em termos mais simples, a capacidade de uma bateria descreve quantos elétrons ela pode armazenar para uso posterior.

A capacidade de uma bateria não informa a quantidade de energia que ela armazena ou a autonomia que ela pode fornecer Mesmo com boa capacidade, não é possível saber quanta energia a bateria armazena sem conhecer a voltagem. Isso ocorre porque uma tensão mais alta fornecerá mais energia para uma determinada capacidade. A matemática é simples:

Energia (Watt-hora) = Capacidade (ampère-hora) x Tensão (volts)

Vejamos um exemplo usando a equação acima — se uma bateria tem capacidade de 3 ampères-hora e uma voltagem média de 3,7 volts, a energia total armazenada nessa bateria é de 11,1 watts-hora — 3 ampères-hora (capacidade) x 3,7 volts (tensão) = 11,1 watt-hora (energia). Isso é aproximadamente o suficiente para alimentar um smartphone por um dia[1]; milhares dessas baterias compõem uma bateria EV.

Este diagrama fornece uma analogia que ilustra a diferença entre capacidade e energia. A capacidade é representada pela quantidade de água no topo do morro e a tensão pela sua elevação. A energia é extraída pelo moinho no sopé do morro. Para saber quanta energia o moinho poderá gastar, você precisa saber tanto a altitude quanto a quantidade de água. Nas baterias, o princípio é o mesmo; A voltagem tem tanta influência na energia de uma bateria quanto sua capacidade.

Ciclo de vida: energia ou capacidade?

Os VEs podem ver sua autonomia diminuir após muitos ciclos de carga (esse efeito é medido como ciclo de vida). Esse desbotamento pode ser causado por fatores como carregamento rápido repetido ou temperaturas extremas. É por isso que o QuantumScape submete suas baterias a testes em centenas de ciclos, com altas velocidades de carregamento e condições típicas de operação.

Prever a vida útil de uma bateria, então, requer entender como a bateria perde a capacidade de armazenar energia ao longo do tempo (ou muitos ciclos). É por isso que na Green Tech, sempre reportamos a retenção de energia de descarga em nossos testes de ciclo de vida. Esta é uma medida de quanta energia a bateria pode fornecer a cada ciclo e, em nossa bateria, isso diminui muito lentamente: após 10.000 ciclos, nossa bateria ainda pode fornecer mais de 80% da quantidade original de energia.

Quando os testes de ciclo de vida incluem apenas a retenção de capacidade, não a retenção de energia, isso conta apenas metade da história Sem saber também como a voltagem muda ao longo do tempo, é impossível dizer a diferença entre uma bateria que pode durar centenas de ciclos e uma bateria que será quase inútil depois de apenas algumas dezenas.

Isso é importante porque acelerar a revolução dos veículos elétricos requer novas baterias que possam oferecer melhor desempenho para os motoristas e, ao mesmo tempo, resistir a muitos anos de ciclos de carregamento. Uma bateria que pode armazenar mais energia em um EV não é útil se essa energia se esgotar rapidamente em alguns meses, e uma bateria que pode carregar rapidamente não é útil se o carregamento rápido comprometer a vida útil e o valor do veículo. Portanto, da próxima vez que você vir relatórios de bateria sobre o desempenho do ciclo de vida, certifique-se de verificar se é energia real ou apenas capacidade Se apenas a capacidade for informada, você não terá tudo o que precisa para entender como essa bateria enfraqueceria com o tempo em um EV do mundo real.