Seja no laptop ou no smartphone, \u00e9 bem prov\u00e1vel que todos os dias voc\u00ea precise usar baterias de \u00edons de l\u00edtio. Desde que invadiram o mercado nos anos 90, essas baterias recarreg\u00e1veis ajudaram a tornar celulares e computadores cada vez mais port\u00e1teis \u2013 e, agora, v\u00eam fazendo o mesmo com carros.<\/p>\n
Mas as baterias de \u00edons de l\u00edtio t\u00eam seus pontos negativos. O estoque mundial deste mineral \u00e9 limitado<\/a>, criando um problema para empresas e consumidores que exigem baterias cada vez mais seguras, dur\u00e1veis e potentes. Enquanto isso, a demanda s\u00f3 aumenta, j\u00e1 que novos usos para as baterias se desenvolvem rapidamente, incluindo carros el\u00e9tricos e sistemas de armazenamento de energia.<\/p>\n De olho nesta demanda, a corrida pelo desenvolvimento da pr\u00f3xima gera\u00e7\u00e3o de baterias j\u00e1 come\u00e7ou \u2013 apesar de ainda n\u00e3o termos como saber de que forma elas ser\u00e3o melhores que as atuais.<\/p>\n Em sua forma mais b\u00e1sica, uma bateria \u00e9 composta por um c\u00e1todo, um anodo e o eletr\u00f3lito. Os el\u00e9trons de carga negativa fluem atrav\u00e9s do l\u00edquido eletr\u00f3lito a partir do anodo, que \u00e9 o polo negativo, em dire\u00e7\u00e3o ao c\u00e1todo, ou polo positivo. Esse fluxo de el\u00e9trons \u00e9 uma corrente.<\/p>\n As baterias de \u00edons de l\u00edtio s\u00e3o chamadas assim porque os c\u00e1todos s\u00e3o feitos de um composto met\u00e1lico de \u00f3xido de l\u00edtio. Elas s\u00e3o o tipo mais popular de bateria, por armazenarem uma grande quantidade de energia em um espa\u00e7o pequeno, como em um celular. O l\u00edtio fornece at\u00e9 tr\u00eas vezes a densidade energ\u00e9tica das baterias recarreg\u00e1veis convencionais.<\/p>\n A maioria das baterias de \u00edons de l\u00edtio tem anodo de grafite e eletr\u00f3lito org\u00e2nico. Dentro da bateria, uma barreira fina e porosa feita de polipropileno (um tipo de pl\u00e1stico) previne curto-circuitos e impede que o c\u00e1todo e o anodo se toquem. Se este separador romper ou sofrer desgaste, os eletrodos poder\u00e3o entrar em contato, e a bateria come\u00e7ar\u00e1 a aquecer muito rapidamente. As baterias tamb\u00e9m s\u00e3o preenchidas com um l\u00edquido eletr\u00f3lito inflam\u00e1vel que pode entrar em combust\u00e3o se aquecido \u2013 algo que pode facilmente acontecer em caso de curto-circuito. Outra potencial complica\u00e7\u00e3o \u00e9 vazamento do l\u00edquido eletr\u00f3lito.<\/p>\n Para solucionar esses problemas, os pesquisadores est\u00e3o explorando tecnologias de estado s\u00f3lido.<\/p>\n \u201cO l\u00edquido eletr\u00f3lito est\u00e1 por tr\u00e1s das limita\u00e7\u00f5es atuais\u201d, afirma John B. Goodenough, professor de engenharia mec\u00e2nica e de ci\u00eancia dos materiais na Universidade do Texas, nos Estados Unidos.<\/p>\n Segundo ele, o eletr\u00f3lito restringe o n\u00famero de vezes que a bateria pode ser carregada e descarregada, al\u00e9m de limitar a velocidade de carregamento da bateria e a quantidade de energia armazen\u00e1vel.<\/p>\n A nova gera\u00e7\u00e3o de baterias continuar\u00e1 sendo de \u00edons de l\u00edtio, mas pode, por exemplo, ser feita com eletr\u00f3litos de estado s\u00f3lido em vez de l\u00edquido.<\/p>\n S\u00e3o altas as exig\u00eancias impostas aos eletr\u00f3litos. Al\u00e9m de conduzirem eletricidade, eles devem suportar alta-tens\u00e3o e permanecerem est\u00e1veis \u2013 eletroqu\u00edmica e termicamente \u2013 por um longo per\u00edodo de tempo. \u00c9 por isso que desenvolver uma alternativa de estado s\u00f3lido \u00e9 uma empreitada desafiadora.<\/p>\n No ano passado, pesquisadores dos Laborat\u00f3rios Federais Su\u00ed\u00e7os de Ci\u00eancia e Tecnologia de Materiais desenvolveram um eletr\u00f3lito de estado s\u00f3lido<\/a> que consegue competir com os atuais eletr\u00f3litos l\u00edquidos em termos de efici\u00eancia. Sua condutividade \u00e9 compar\u00e1vel \u00e0 de um eletr\u00f3lito l\u00edquido em temperatura ambiente, e ele \u00e9 est\u00e1vel em temperaturas de at\u00e9 150 graus cent\u00edgrados. Os eletr\u00f3litos l\u00edquidos, por outro lado, n\u00e3o suportam altas temperaturas sem apresentarem riscos de seguran\u00e7a.<\/p>\n Em 2016, pesquisadores da Toyota publicaram um artigo<\/a> investigando uma bateria de \u00edons de l\u00edtio de estado s\u00f3lido que precisa de apenas sete minutos para carregar.<\/p>\n As baterias de l\u00edtio-enxofre, que t\u00eam uma qu\u00edmica completamente diferente, tamb\u00e9m j\u00e1 despontam como uma possibilidade promissora para o futuro. Teoricamente, sua capacidade de armazenamento \u00e9 grande, al\u00e9m de usarem enxofre, que \u00e9 um recurso abundante.<\/p>\n O custo para fazer baterias caiu bastante nos \u00faltimos anos, enquanto a demanda aumentou e a os usos se diversificaram, incluindo carros el\u00e9tricos e sistemas armazenamento de energia. Mas, para tornar os carros el\u00e9tricos mais economicamente vi\u00e1veis ou mesmo pr\u00e1ticos para percorrer longas dist\u00e2ncias, o ciclo de vida das baterias precisa aumentar, e o processo de produ\u00e7\u00e3o delas precisa ficar ainda mais barato.<\/p>\n Em 2014, Johnson Matthey, uma empresa brit\u00e2nica especializada em tecnologias sustent\u00e1veis, adquiriu uma unidade de pesquisa de baterias na cidade de Changzhou, no sul da China, com o objetivo de descobrir como melhorar a efici\u00eancia das baterias para uso em carros. Segundo a empresa, a vida \u00fatil das baterias que s\u00e3o usadas em carros aut\u00f4nomos precisa ser igual \u00e0 vida \u00fatil dos carros, algo entre 10 e 15 anos. Afinal, a vida \u00fatil limitada das baterias pode desencorajar a compra dos carros. Atualmente, a maioria dos fabricantes garante uma dura\u00e7\u00e3o de oito anos \u00e0s baterias, ou cerca de 160 mil quil\u00f4metros.<\/p>\n Uma das maiores desvantagens das baterias de \u00edons de l\u00edtio \u00e9 que a sua capacidade diminui com o tempo, disse Lei Cheng, pesquisador do Centro para Pesquisa em Armazenamento de Energia e da Divis\u00e3o de Ci\u00eancias de Materiais do Laborat\u00f3rio Nacional Argonne, nos Estados Unidos. \u201cIsso \u00e9 causado por rea\u00e7\u00f5es qu\u00edmicas indesejadas que acontecem durante o processo de carregar e descarregar, bem como enquanto a bateria est\u00e1 em repouso\u201d. O problema se agrava em altas temperaturas.<\/p>\n Al\u00e9m disso, a bateria de \u00edons de l\u00edtio ainda \u00e9 muito cara porque usa metais como cobalto e l\u00edtio, e n\u00e3o existem ainda m\u00e9todos econ\u00f4micos de reciclagem<\/a> para elas. Isso tamb\u00e9m impulsiona a busca por melhores alternativas qu\u00edmicas.<\/p>\n A melhor op\u00e7\u00e3o para uma bateria de grande escala \u00e9 substituir o eletr\u00f3lito l\u00edquido por um eletr\u00f3lito de estado s\u00f3lido sem a chamada estrutura cristalina ordenada. \u201cEsse eletr\u00f3lito j\u00e1 existe, mas o desenvolvimento de baterias com ele ainda depende de acordos de licenciamento\u201d, disse Goodenough.<\/p>\n Junto com os carros el\u00e9tricos, os sistemas de armazenamento de energia s\u00e3o outra \u00e1rea onde as baterias de grande escala desempenhar\u00e3o um papel cada vez mais importante. A quantidade de energia renov\u00e1vel produzida a partir de fonte solar ou e\u00f3lica \u00e9 vari\u00e1vel porque depende do clima. As baterias ajudariam a estabilizar essas redes ao possibilitar um armazenamento eficiente de energia.<\/p>\n \u201cAs baterias de \u00edons de s\u00f3dio podem ser uma alternativa barata ao \u00edon de l\u00edtio no mercado de sistemas de armazenamento de energia\u201d, declarou Cheng. As baterias de \u00edons de s\u00f3dio funcionam de maneira semelhante \u00e0s de \u00edons de l\u00edtio, mas usam s\u00f3dio, que \u00e9 uma subst\u00e2ncia mais acess\u00edvel.<\/p>\n Emma Kendrick, qu\u00edmica de materiais da Universidade de Warwick no Reino Unido, est\u00e1 pesquisando a bateria de \u00edons de s\u00f3dio. “\u00c9 uma alternativa mais barata \u00e0s baterias de \u00edons de l\u00edtio”, disse ela. \u201cAinda est\u00e1 em sua inf\u00e2ncia, mas j\u00e1 existem oportunidades de pesquisa voltadas \u00e0 manufaturabilidade e \u00e0 durabilidade da tecnologia\u201d.<\/p>\n \u201cBaterias de fluxo tamb\u00e9m s\u00e3o op\u00e7\u00f5es atraentes, pois s\u00e3o facilmente produzidos em escala industrial e oferecem alta capacidade\u201d, disse Cheng. Segundo ele, estas baterias cont\u00eam dois compostos qu\u00edmicos separados por uma membrana. \u201cOs compostos podem fluir atrav\u00e9s da membrana, criando energia qu\u00edmica, mas tamb\u00e9m podem voltar ao ponto inicial, o que recarrega a bateria”, completou.<\/p>\n As op\u00e7\u00f5es s\u00e3o muitas. Em fevereiro deste ano, cientistas da Universidade da Calif\u00f3rnia em Irvine criaram baterias de nanofios de ouro que podem ser recarregadas centenas de vezes ao longo da sua vida \u00fatil, o que \u00e9 in\u00e9dito no mercado. A equipe espera que a nova tecnologia abra caminho para baterias de dura\u00e7\u00e3o indefinida.<\/p>\n O grafeno tamb\u00e9m poder\u00e1 ser um dos componentes da bateria do futuro. A empresa espanhola Grabat<\/a>, que fabrica baterias de grafeno, declarou que uma \u00fanica carga \u00e9 suficiente para abastecer um carro el\u00e9trico para uma viagem de mais de 800 quil\u00f4metros. Para efeitos de compara\u00e7\u00e3o, o Modelo 3 da Tesla consegue percorrer cerca de 350 quil\u00f4metros com uma carga.<\/p>\n Apesar de ningu\u00e9m conseguir prever como ser\u00e1 a pr\u00f3xima gera\u00e7\u00e3o de baterias, h\u00e1 muito trabalho sendo feito para solucionar os atuais problemas.<\/p>\n Todas as novas op\u00e7\u00f5es de bateria, das de fluxo \u00e0s de \u00edons de s\u00f3dio, est\u00e3o em fase de desenvolvimento, mas as de \u00edons de l\u00edtio n\u00e3o ser\u00e3o aposentadas t\u00e3o cedo. \u201cNos pr\u00f3ximos cinco anos, as baterias de \u00edons de l\u00edtio [ainda] dominar\u00e3o\u201d, disse Tao Liu, pesquisador associado da Universidade de Cambridge.<\/p>\n Enquanto isso, os cientistas est\u00e3o empenhados em descobrir a melhor forma de reciclar as baterias de \u00edons de l\u00edtio. Isso vai reduzir o impacto ambiental causado pela extra\u00e7\u00e3o de ainda mais l\u00edtio<\/a>, outro processo caro.<\/p>\nEnergia port\u00e1til<\/h2>\n
Eletr\u00f3litos aprimorados<\/h2>\n
Mais barato e com maior dura\u00e7\u00e3o<\/h2>\n
Sistemas de armazenamento de energia<\/h2>\n
As baterias de fluxo s\u00e3o outra op\u00e7\u00e3o.<\/h2>\n