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Recarga de celular já atinge 120 W, e especialistas explicam como chegamos até aqui

Celulares com suporte a carregadores de até 120 W oferecem recarga de bateria em menos tempo; veja as explicações por trás desse avanço

Bruno Gall De Blasi

Por

Especial
Celular da Xiaomi com recarga rápida
Recarga rápida da Xiaomi (Imagem: Divulgação)

Não só de muitas câmeras e megapixels são feitos os lançamentos de celulares. Nos últimos anos, as fabricantes aplicaram baterias com recargas rápidas de 45 watts e até incríveis 120 watts em seus smartphones. Mas, afinal, qual é a verdadeira diferença que essa potência traz no dia a dia dos usuários? O Tecnoblog conversou com especialistas para entender como esse processo de recarga funciona.

Afinal, esta é uma das principais apostas de fabricantes. A Xiaomi, por exemplo, lançou o Xiaomi 12 Pro global com recarga de 120 W, com a promessa de levar a bateria de 0% a 100% em apenas 18 minutos. A Samsung também seguiu a tendência com o lançamento do Galaxy S22 Ultra, que tem suporte a carregadores de até 45 watts.

Mas todo esse avanço me trouxe vários questionamentos. Afinal, qual é a verdadeira diferença nas recargas entre 45 W e 120 W? Sim, elas são mais rápidas. Mas por quê? E quais são as implicações? Para tirar essas dúvidas, eu conversei com três professores de universidades do Rio de Janeiro (RJ). E você pode conferir as respostas a seguir.

Carregador turbo tem vantagens, mas e a vida útil?

Edisio Alves é coordenador de Engenharia Elétrica da UVA (Universidade Veiga de Almeida). Ele explica ao Tecnoblog:

“A grande vantagem para quem utiliza um carregador turbo, que fornece mais energia do que os do tipo convencional, é que você consegue fornecer carga à bateria do aparelho em menos tempo, principalmente na fase inicial de carregamento. Por outro lado, por transferir mais energia em menos tempo, o carregador turbo pode provocar maior aquecimento na bateria – e, em alguns casos, até diminuir sua vida útil, principalmente se o acessório não for original.

Os carregadores, a priori, não seguem uma sistemática única de avaliação. A maioria das informações sobre potência e outras especificações são declaradas pelo fabricante, o que dá maior confiabilidade aos carregadores originais produzidos pela própria fabricante do aparelho.

Por isso, acessórios não originais ou falsos, especialmente os classificados como turbo, podem colocar em risco a bateria do telefone e sua vida útil“.

Prof. Edisio Alves – Coordenador de Engenharia Elétrica da UVA
Celulares da Samsung, Xiaomi, Motorola e outras marcas oferecem recarga rápida (Imagem: André Fogaça/Tecnoblog)
Celulares da Samsung, Xiaomi, Motorola e outras marcas oferecem recarga rápida (Imagem: André Fogaça/Tecnoblog)

Quanto maior a potência, menor é a energia química guardada na bateria

O professor Daniel Louzada, do CTC/PUC-Rio, detalha ao Tecnoblog o processo que faz uma bateria carregar mais rápido:

“Para começar a responder a essa questão, devemos lembrar que uma bateria, como as utilizadas nos smartphones atuais, é um dispositivo que converte energia química em energia elétrica, quando está sendo utilizado para seu fim, e que ainda permite a reação inversa. A energia elétrica é fornecida para restabelecer as condições químicas iniciais, processo de recarga. 

Essas reações são chamadas de reações de oxirredução, e quantificam a quantidade de energia armazenada em uma bateria, sendo fortemente dependente dos materiais utilizados.

É importante, também, lembrar que qualquer bateria é basicamente formada por três componentes: um ânodo (que possui facilidade de receber elétrons), um cátodo (que possui facilidade de liberar elétrons) e um eletrólito. Nessas reações de oxirredução, o fluido eletrolítico tem o papel de permitir que íons sejam trocados ente o ânodo e o cátodo, o que gera uma diferença de potencial entre estes dois polos, possibilitando a condução de uma corrente elétrica.

Ocorre que essas reações podem liberar calor, fazendo com que a temperatura da bateria aumente. Ou seja, como as baterias provocam um efeito de resistência interna, quanto mais elevada a corrente elétrica utilizada na recarga, maior a perda de energia (liberação de calor). Isso é particularmente preocupante nos processos de recarga onde correntes elétricas mais intensas são empregadas.

Nestes casos, há uma maior perda de energia (na forma de calor) e consequente aumento da temperatura, o que pode prejudicar a saúde da bateria (favorecendo a aceleração da sua degradação) e ainda gerar explosões liberando grande quantidade de energia em curto espaço de tempo.

Daniel Louzada – Professor do programa de Pós-Gradução em Metrologia do CTC/PUC-Rio

Isso levanta algumas questões: é seguro utilizar carregadores que prometem maior potência (aumentando a corrente elétrica)? Vale a pena usar esses carregadores? Quais suas vantagens e desvantagens? O professor continua:

Quanto à segurança, é importante ressaltar que todas as baterias que são liberadas para comercialização enfrentam testes para garantir a sua eficiência e segurança. Para mitigar o conhecido efeito de aumento da temperatura sobre as baterias, são utilizados sistemas de gerenciamento de bateria, que monitoram a temperatura evitando seu superaquecimento. 

A vantagem mais clara está na velocidade de carga. Em outras palavras, quanto maior a potência utilizada para o carregamento, menos tempo a bateria precisa ficar sendo carregada. Assim, pode-se inferir que um carregador que opera com uma potência máxima de 45 watts levará mais tempo para ser carregado (cerca de 1 hora) do que outro que opera com uma potência máxima de 120 W ou mais (menos de 20 minutos). 

É importante ainda levar em consideração outro aspecto que já foi observado em alguns ensaios de laboratórios que tivemos a oportunidade de realizar na PUC-Rio. Quanto maior a corrente elétrica (consequentemente a potência) utilizada no carregamento de uma bateria, menor é a quantidade de energia química efetivamente guardada. Assim, pode-se extrapolar esse conhecimento para supor que ao se carregar uma bateria com 120 W ou mais, o smartphone indicará que sua carga final foi atingida mais rapidamente, entretanto o consumidor pode reparar que a mesma será inferior se fosse utilizado um carregador de menor potência. 

Outra questão relevante diz respeito ao custo. Quanto maior a potência, maior a preocupação com relação à segurança, o que obviamente exigirá maior monitoramento da temperatura. Quanto mais robustos e inteligentes os sistemas de monitoramento, maior o seu custo final para o consumidor.

Para finalizar, vale a pena o comentário que tanto o tempo de uso quanto a forma como utilizamos uma bateria (carregamento lento ou rápido e níveis de descarga atingidas mais ou menos profundas) atuam diretamente para degradar as baterias, com mais ou menos intensidade. Entretanto, com o tempo, elas vão invariavelmente aumentando sua resistência interna e perdendo capacidade de reter energia quimicamente, gerando a necessidade de realizar a sua substituição.”

Daniel Louzada – Professor do programa de Pós-Gradução em Metrologia do CTC/PUC-Rio
Celular sendo recarregado a cerca de 10 watts (Imagem: Everton Favretto/Tecnoblog)
Celular sendo recarregado a cerca de 10 watts (Imagem: Everton Favretto/Tecnoblog)

“Tecnologia irá se disseminar em um futuro próximo”

O professor Luís Fernando Monteiro, do Departamento de Engenharia Eletrônica da UERJ, explica ao Tecnoblog como a recarga rápida foi ganhando espaço dentro dos padrões USB:

“Uma característica particularmente importante nos semicondutores [chips] corresponde à sua largura de banda (bandgap), que está diretamente relacionada à eficácia de um determinado material, como silício ou nitreto de gálio (GaN), por exemplo. Basicamente, quanto maior o bandgap de um material, maior o ‘potencial condutor’, pois há uma menor resistência interna do material.

Neste contexto, como o nitreto de gálio tem um bandgap maior quando comparado ao do silício, há uma tendência natural na substituição do silício pelo nitreto de gálio na fabricação dos semicondutores. Como vantagens no uso do GaN na produção dos semicondutores, podemos mencionar maior densidade de potência com redução de volume e a possibilidade de operar com frequências de chaveamento mais altas.

Neste contexto, com o avanço na tecnologia dos semicondutores, foi possível o desenvolvimento dos carregadores para os dispositivos eletrônicos que utilizamos no dia a dia. A título de comparação, carregadores que fazem uso das [portas] USBs convencionais 2.0, ou mesmo 3.0 e 3.1 suportam, no máximo, 5 watts, enquanto os que utilizam as USBs do tipo C podem chegar a 15 W de potência.

Recentemente, foram desenvolvidos os carregadores que utilizam a porta USB-PD (USB Power Delivery) capazes de suportar 240 W de potência, de acordo com o anúncio feito pela USB-IF (USB Implementers Forum) feito em 2021.

Luís Fernando Monteiro – Professor do Departamento de Engenharia Eletrônica da UERJ

Ou seja, seu futuro smartphone pode ir além dos 200 W de recarga! Ele completa:

Particularmente, com relação aos smartphones, tablets, power banks e laptops, a primeira grande vantagem consiste no carregamento muito rápido destes dispositivos com uso dos USB-PD. De fato, há smartphones que são apresentam tempo de carregamento total inferior a 45 minutos, considerando que se encontravam com pouca energia ou nenhuma energia.

Outras vantagens no uso do USB-PD consistem em uma maior transmissão de dados, o que permite um controle melhor quanto à transferência de energia para o carregamento das baterias, por exemplo.

Genericamente falando, de acordo com a USB-IF, o uso da USB-PD apresenta outras características que convergem para o conceito das redes elétricas inteligentes, como a capacidade de transferência de energia bidirecional associado a um gerenciamento de energia inteligente e flexível.

Assim, é notório que estamos tratando de uma tecnologia que irá se disseminar em um futuro próximo nos dispositivos eletrônicos. Ou seja, independente das vantagens em se ter ou não carregadores com USB-PD, os convencionais ficarão obsoletos, desaparecendo do mercado.

No entanto, é importante ter em mente que estes [carregadores] devem ser utilizados com equipamentos que estejam preparados para esta tecnologia, até mesmo para o seu melhor aproveitamento. Do contrário, pode ocorrer problemas como a redução da vida útil das baterias, sobre aquecimento, entre outros.

Há outros problemas que podem surgir com a disseminação desta tecnologia nas redes elétricas, particularmente nas redes de distribuição que não estejam devidamente preparadas, como a deterioração da qualidade da energia elétrica, por exemplo.”

Luís Fernando Monteiro – Professor do Departamento de Engenharia Eletrônica da UERJ