As pilhas congelam? Frio, armazenamento e desempenho

O tempo frio é onde uma pilha deixa de ser uma compra de commodity. Duas pilhas AA podem ter 22 °C de diferença na temperatura que o seu fabricante está disposto a declarar — −18 °C para a alcalina, −40 °C para a primária de lítio — e dois blocos de 9V na mesma caixa podem diferir 13 °C. A linha mais barata é normalmente a que tem a janela mais estreita, e é exatamente por isso que acaba no produto de inverno. Este guia apresenta os limites declarados de cada química que produzimos ou para a qual nos referenciamos, o que acontece realmente dentro da pilha quando o mercúrio desce, como armazenar pilhas para o inverno e o que um comprador deve colocar numa especificação para um mercado frio.

As pilhas congelam?

Não no mesmo ponto, e raramente por completo. O que muda com o frio é a química: uma pilha alcalina ou de carbono-zinco funciona com um eletrólito à base de água, que já é lento a 0 °C, enquanto uma pilha primária de lítio usa um eletrólito não aquoso, dado até −40 °C. O número que responde à pergunta é o intervalo que consta da ficha técnica do fabricante.

Dentro de “as pilhas congelam” escondem-se três perguntas distintas, e vale a pena mantê-las separadas:

• O eletrólito vai congelar? Numa pilha alcalina ou de carbono-zinco aquosa, isso é um risco real a temperaturas muito abaixo de zero, e é uma das razões pelas quais os fabricantes colocam um limite inferior no intervalo declarado em vez de uma promessa.
• Continua a fornecer corrente? Muito antes de qualquer ponto de congelação, uma pilha fria sofre uma queda sob carga: a tensão desce, o aparelho atinge a sua tensão de corte e desliga-se quando ainda há energia química dentro do invólucro.
• Vai ficar danificada? Muitas vezes não — a perda de tensão provocada pelo frio normalmente reverte quando a pilha aquece. O que danifica as pilhas é carregá-las com frio e as fugas após armazenamento prolongado num aparelho sujeito a temperaturas extremas.

Que químicas de pilhas são dadas abaixo de zero?

Todos os fabricantes de referência publicam a janela, e a dispersão entre eles é grande. A tabela abaixo cita essa linha tal como está impressa, para que uma especificação possa ser verificada contra a fonte e não contra uma alegação de marketing — a mesma abordagem que seguimos nas nossas próprias fichas técnicas de modelo.

Leia a coluna, e não a família química, e a ordenação é incómoda: a mesma lata de 9V é declarada até −18 °C como alcalina e apenas até −5 °C como carbono-zinco, um fosso de 13 °C entre dois blocos que encaixam no mesmo terminal de mola. Um aparelho especificado como “uma pilha de 9V” pode, por isso, ser especificado com 13 °C a menos.

O que acontece realmente dentro de uma pilha alcalina com frio?

A pilha não está vazia; está lenta. O frio aumenta a viscosidade do eletrólito aquoso de hidróxido de potássio, os iões movem-se com menos liberdade entre os elétrodos e a resistência interna sobe, por isso a tensão cai sob carga e o aparelho atinge a sua tensão de corte muito antes de a energia armazenada se esgotar. Aqueça-a e grande parte desse desempenho regressa.

Esse mecanismo explica a forma de todas as fichas técnicas da tabela acima. Os fabricantes publicam o mesmo tipo de curva — capacidade em função da temperatura — porque a autonomia que se mede a 20 °C não é a autonomia que se obtém a −10 °C. A Energizer imprime essa comparação na sua ficha da AA de lítio, com uma pilha alcalina ao lado, o que é a ilustração pública mais clara de quanto as duas curvas se separam à medida que a temperatura desce.

Um detalhe importa mais do que a maioria das pessoas espera: a capacidade que compara é medida a quente. O valor de mAh em destaque de todos os fabricantes é obtido a uma temperatura controlada de cerca de 20 °C, incluindo os nossos — as capacidades declaradas para os nossos modelos LR6, 6LR61 e CR2032 são ensaiadas a 20 ± 2 °C, como indicam as notas dessas fichas técnicas. Um projeto para um mercado frio deve, por isso, ser avaliado pela curva de temperatura e pela tensão de corte do aparelho, e não apenas pelo número em destaque.

Há também uma vertente de segurança. As orientações de cuidado da Duracell referem que as temperaturas extremas reduzem o desempenho das pilhas e podem provocar fugas, e aconselham a guardar as pilhas secas, à temperatura ambiente. Uma fuga num aparelho de inverno é normalmente uma pilha que passou meses num compartimento frio e húmido — a corrosão aparece nos contactos na primavera, quando o aparelho é usado a seguir.

Porque é que as pilhas de lítio continuam quando as alcalinas enfraquecem?

Porque o seu eletrólito não é água. Uma AA de dissulfeto de ferro-lítio (Li-FeS₂) usa um eletrólito orgânico que se mantém fluido bem abaixo de zero, e o seu fabricante declara um único intervalo para funcionamento e armazenamento — −40 °C a +60 °C —, uma vida útil de 25 anos a 21 °C e até 2.5 A de descarga contínua a partir de uma única pilha.

A curva de descarga plana importa tanto como o intervalo de temperatura. Um aparelho que deixa de funcionar porque a tensão caiu, e não porque a energia acabou, é um aparelho que uma pilha primária de lítio mantém vivo: a tensão mantém-se mais próxima do seu nível nominal até a pilha estar quase gasta, por isso a tensão de corte é atingida muito mais tarde com frio.

Duas coisas merecem ser mantidas em perspetiva:

• Um intervalo amplo não é licença para ignorar a faixa de conforto. A Maxell declara a sua CR2032 de −20 °C a +85 °C e depois pede para ser consultada antes da utilização fora de 0 °C a +40 °C. Leia a nota sob a tabela, e não apenas a tabela — as pilhas do seu sensor exterior entram no intervalo absoluto muito antes de entrarem na faixa com que o fabricante se sente confortável.
• O lítio é uma história de transporte diferente. As pilhas e baterias de lítio são as que viajam com um resumo de ensaio UN38.3 e documentação de expedição de lítio; as alcalinas, de carbono-zinco, de óxido de prata e de zinco-ar não. A nossa página de certificações de pilhas explica como arquivamos as famílias separadamente, modelo a modelo.

Deve guardar as pilhas no frigorífico ou no congelador?

Não — e a razão não é que o frio danifique uma pilha armazenada, é que um frigorífico ou um congelador é o tipo errado de frio. As orientações de cuidado da própria Duracell são explícitas: guarde as pilhas num local seco à temperatura ambiente normal e não as coloque num frigorífico, porque isso não as recarrega nem prolonga a sua energia.

O frio abranda de facto a autodescarga, e a vida útil de 25 anos de uma pilha de lítio a 21 °C mostra quão pouco isso importa para uma química feita para ficar em armazém. O que o armazenamento refrigerado acrescenta é a parte que nenhuma ficha técnica cobre: um frigorífico doméstico é um local húmido para os padrões de uma pilha, e cada vez que uma pilha fria sai para uma sala quente forma-se condensação no invólucro e nos terminais. Numa pilha de botão selada isso é ruído; numa bateria não selada com contactos, é uma via de corrosão.

As regras práticas são aborrecidas e funcionam:

• Mantenha a embalagem original. É a proteção do próprio fabricante contra o contacto entre terminais e curto-circuitos, e traz o código de data.
• Armazene a seco, à temperatura ambiente, acima do ponto de congelação. Um armário é melhor do que uma prateleira de garagem num inverno rigoroso.
• Não transporte pilhas soltas num bolso. O contacto com chaves ou moedas pode curto-circuitar uma pilha, e uma pilha em curto-circuito pode verter, sobreaquecer ou rebentar.
• Retire as pilhas dos aparelhos que vão ficar parados meses. A orientação da Duracell é retirá-las quando um aparelho não vai ser usado durante vários meses, porque muitos produtos continuam a consumir uma pequena corrente quando estão desligados, e é isso que provoca a fuga — veja o nosso guia sobre porque é que as pilhas vertem para saber como começa essa corrosão.

Como devem as pilhas ser armazenadas para o inverno?

Faça corresponder a janela de armazenamento à química, porque as janelas mais estreitas não são as que se espera. Uma pilha de zinco-ar para aparelho auditivo tem de ser armazenada entre 5 °C e 30 °C a 40–80% de humidade relativa — uma janela mais estreita do que qualquer pilha alcalina — enquanto uma pilha primária de lítio tolera um armazém frio e sem aquecimento.

A vida útil pertence à mesma conversa, porque é a mesma física. A Energizer declara 10 anos a 21 °C para uma AA alcalina e 25 anos para uma AA de lítio; a Duracell declara quatro anos não ativada a 21 °C para uma 312 de zinco-ar. Estes valores pressupõem armazenamento à temperatura declarada — um armazém que congela no inverno e aquece no verão é um relógio mais curto do que a ficha técnica sugere, e é por isso que imprimimos a data de produção nas pilhas e conseguimos datar a embalagem no formato do seu mercado. As nossas próprias declarações de vida útil e fichas técnicas de modelo indicam o que declaramos para cada linha.

Uma pilha congelada pode ser recuperada?

Normalmente sim, se apenas sofreu uma queda. A tensão que uma pilha fria perde é largamente recuperável: traga o aparelho ou as pilhas para dentro de casa, deixe-as atingir a temperatura ambiente por si próprias, e uma pilha que media descarregada a −18 °C voltará muitas vezes a medir saudável. É o mesmo mecanismo ao contrário: o eletrólito torna-se mais fluido e a resistência baixa.

O que não é tão facilmente recuperável é uma pilha que foi carregada com frio. As fichas técnicas NiMH da Energizer só declaram a carga de 0 °C a +40 °C, por isso uma carga abaixo de zero está fora do intervalo para o qual a pilha foi concebida, e as janelas de carga das químicas de lítio recarregáveis são ainda mais estreitas. A regra para qualquer recarregável é simples: primeiro aquecer, depois carregar. Uma hora dentro de casa é barata; uma pilha danificada não é.

Antes de confiar numa pilha que passou um inverno num aparelho exterior:

• Procure fugas e corrosão no invólucro e nos contactos, e limpe ou substitua o compartimento.
• Deixe-a aquecer gradualmente — sem radiador, sem água quente, sem secador de cabelo. Uma mudança brusca de temperatura é, por si só, uma agressão.
• Teste-a com carga, em vez de confiar numa leitura em circuito aberto: o nosso guia como testar uma pilha explica o método do multímetro em detalhe.
• Não a misture com pilhas novas no mesmo aparelho. A pilha fraca determina a autonomia, e é o desequilíbrio que provoca a carga inversa e as fugas.

O que deve constar de uma ficha técnica para um produto de clima frio?

Quatro linhas decidem se uma pilha serve para um produto de inverno: o intervalo de temperatura de funcionamento, o intervalo de armazenamento, a temperatura a que a capacidade foi medida e a tensão de corte a que o aparelho para. Peça-as por modelo, e não por química — duas pilhas do mesmo formato podem ter janelas diferentes.

Essa lista é a forma de um bom pedido a qualquer fábrica de pilhas, incluindo a nossa. Quando um cliente envia o briefing de um aparelho, a versão útil lê-se assim:

• Temperatura ambiente a que o produto tem de funcionar, e a temperatura de armazenamento a que pode estar entre a produção e a venda.
• Perfil de carga: corrente média, corrente de pico, duração de cada pico e o ciclo de trabalho — não apenas “precisa de uma AA”.
• Tensão de corte do circuito, porque é ela, e não o valor em ampere-hora, que decide quando o aparelho se desliga com frio.
• Volume e formato: que pilha o suporte aceita, e se a embalagem de retalho tem de ostentar uma alegação sobre tempo frio que pretende assumir.
• Mercado e documentos: que certificados e declarações o mercado de destino exige.

A nossa equipa de engenharia faz corresponder a pilha a esse briefing e confirma-a contra a ficha técnica do modelo. O contexto sobre corrente, capacidade e carga está em quantos amperes tem uma pilha AA, e a lista de documentos mais ampla está em certificados e documentos de pilhas.

O que muda o tempo frio quando compra pilhas em volume?

Três coisas, e as três são decididas antes de a encomenda ser feita: que química vai para um mercado frio, como as caixas são armazenadas entre a fábrica e a prateleira, e que documentos viajam com a mercadoria. Uma gama de retalho construída com pilhas alcalinas para um inverno nórdico é uma especificação diferente da mesma gama num mercado quente.

Para um programa OEM ou de marca própria, as questões do tempo frio transformam-se em papelada e embalagem:

• Química para o mercado, não para a estação. As pilhas primárias de lítio são as que se orçamentam para um aparelho que tem de funcionar abaixo de −18 °C, a alcalina para o resto — e o zinco-ar deve ficar fora de qualquer produto que venha a ser armazenado no frio, porque a sua janela de armazenamento de 5 °C a 30 °C é a mais estreita da gama.
• Alegações sustentadas por uma ficha técnica. Uma linha “funciona com tempo frio” numa cartela blister é uma alegação sobre um intervalo de temperatura declarado; as nossas citam a ficha do próprio modelo, e não imprimimos um valor que a documentação não suporte.
• Armazenamento e datação para uma cadeia de frio. As caixas que atravessam um mercado frio no inverno precisam de ver respeitada a janela de armazenamento, e a embalagem precisa de um código de data coerente com a vida útil da pilha no seu interior — o mesmo ciclo de grafismo e prova de qualquer tiragem de embalagem de pilhas de marca própria.
• O ficheiro de transporte certo. As pilhas e baterias de lítio movem-se segundo as regras do lítio, com um resumo de ensaio UN38.3; as famílias alcalina, de carbono-zinco, de óxido de prata e de zinco-ar que produzimos não. As nossas páginas de certificações de pilhas e de conformidade de pilhas com a UE listam o que é arquivado por modelo.
• Uma encomenda, várias linhas. AA (LR6), AAA (LR03), D (LR20) alcalinas, 9V alcalina 6LR61 e carbono-zinco 6F22, pilhas de botão e a gama recarregável podem ser orçamentadas em conjunto — as primeiras encomendas começam em 50 caixas por linha de produto, e as caixas com várias referências são possíveis em programas de retalho, como explica a página de pilhas de venda por grosso.