tecnologia O futuro das Baterias

Vem aí uma revolução nas BATERIAS VEÍCULOS ELÉTRICOSVEÍCULOS ELÉTRICOS

Na mobilidade elétrica, tudo evolui a grande velocidade... A começar pelos próprios modelos automóveis, passando pelas tecnologias on-board cada vez mais avançadas, até à rede de carregamento elétrico, o universo dos veículos elétricos e eletrificados está a mudar a passos largos. E nessa mudança cada vez mais rápida anuncia-se agora também uma evolução tecnológica associada às baterias que alimentam os motores elétricos: é já mais do que previsível irmos assistir em breve a uma verdadeira “revolução” no conceito das baterias elétricas que hoje conhecemos, com o advento de soluções como as baterias de estado sólido, novos tipos de célula, novas matérias-primas e outras soluções tecnológicas para a arquitetura das baterias, que vão possibilitar maior densidade energética a par de tempos de carga reduzidos...

Sendo talvez o componente mais crítico dos veículos elétricos, o sistema de baterias desempenha um papel decisivo neste mercado, incluindo na performance e no preço dos carros. Por outro lado, a atual tecnologia de baterias que equipa os veículos elétricos – baseada em células de iões de lítio – está longe do ideal, sobretudo por serem ainda pouco eficazes na quantidade de energia que conseguem armazenar e na velocidade de recarga que permitem. Assim sendo, não é difícil antecipar que a atual geração de bateria iões-lítio não será a tecnologia definitiva de armazenamento de energia. Com o mercado da eletromobilidade em crescimento acelerado, não admira pois que a palavra de ordem seja agora a pesquisa por novas soluções, estando já em fase avançada o desenvolvimento de tecnologias inovadoras que fazem anunciar para breve uma nova geração de baterias elétricas. E um pouco por todo o mundo vão já surgindo outras opções, novas tecnologias para as baterias que poderão aju dar à adoção massiva dos carros elétricos e ao mesmo tempo contribuir para a utilização de energia cada vez mais “limpa”.

O tema das matérias-primas Preço, segurança, densidade energética, índices de carga e descarga e ciclo de vida são fatores reconhecidos como essenciais para uma adoção mais generalizada dos automóveis movidos a bateria. Além de algumas limitações tecnológicas e práticas no que se refere a esses fatores, o atual conceito de baterias ião-lítio põe a debate também uma questão de or dem ambiental, que tem a ver com o recurso a matérias-primas cujo processo de produção é por vezes (e justamente) alvo de críticas. Assim, enquanto se caminha no sentido de produzir sistemas de baterias recorrendo cada vez mais a eletricidade proveniente de energias renováveis, debate-se igualmente a sustentabilidade da sua cadeia de produção e a transparência do circuito de fornecimento dessas matérias-primas. Não é só a extração do lítio, como também de outro dos elementos que integram a estrutura da célula da bateria, e ainda mais polémi co, o cobalto. A ponto de se defender a substituição do níquel e do cobalto das baterias de hoje por enxofre, o que poderia aumentar significativamente a sustentabilidade... De qualquer das formas, a desejada transição para as energias renováveis irá implicar sempre maior capacidade de armazenamento do que aquela que a atual tecnologia de baterias elétricas pare ce conseguir oferecer. O que parece querer dizer que, também deste ponto de vista, não haverá outra alternativa senão procurar soluções que possibilitem baterias de maior densidade e ao mesmo tempo mais económicas.

Baterias de estado sólido Ao mesmo tempo que os sistemas de gestão das baterias a bordo dos automóveis elétricos se tornam cada vez mais performantes, também se vão sucedendo os anúncios de inovações tecnológicas nas próprias baterias. Há já algum tempo que está em estudo o desenvolvimento de células de bateria em estado sólido que podem levar à disponibilização de uma nova geração de baterias recarregáveis para dispositivos mó veis e para carros elétricos, caraterizadas por serem mais seguras, mais rápidas de carregar e mais duradouras, além de mais baratas de produzir. E que ajudariam assim a solucionar alguns dos problemas inerentes à atual geração de baterias. Professora no Departamento de Engenharia Física da Universi dade do Porto, a cientista portuguesa Maria Helena Braga integrou (lado a lado com o veterano professor John Goodenough, o “pai” da bateria de iões de lítio hoje amplamente utilizada também nos veículos elétricos) a equipa de investigadores da Universidade do Texas que foi pioneira neste conceito e ex plica-nos o que distingue estas baterias das que já conhece

mos: “As baterias de estado sólido usam eletrólitos sólidos em vez de líquidos, neste caso um vidro, com a vantagem de não serem inflamá veis e não oxidarem, o que permite construir uma bateria totalmente segura e que armazena muita carga por unidade de volume – provámos que podíamos armazenar a mesma energia num terço do volume –, logo muito mais eficiente, além de ser mais barata” . Neste projeto, o objetivo final passava ainda por utilizar sódio em vez de lítio nas baterias.

Autonomia até 800 km com uma única carga Depois desse estudo pioneiro, outros se têm seguido... Uma equipa de investigadores do Instituto Avançado de Tecnologia da Samsung apresentou muito re centemente um protótipo de célula de bateria de estado sólido que poderá ajudar os veículos elétricos a atingir 800 km de autonomia com uma única carga: a equipa japonesa reivindica não apenas uma maior densidade energética, mas também maior segurança, um ciclo de vida de mais de 1000 recargas e um volume de bateria 50% menor comparativamente a uma convencional bateria de iões de lítio; “Vamos continuar a trabalhar para ajudar a levar a um nível mais alto a inovação nas baterias para veículos elétricos” , prometeu Dongmin Im, o líder do projeto. Neste caminho a Samsung não está só. Líder mundial em baterias inorgânicas recarregáveis, a empresa tecnológica suíça Innolith AG já tinha anunciado estar a desenvolver a primeira bateria com densidade energética de 1000 Wh/kg, que tornará possível – diz a empresa – um veículo elétrico fazer mais de 1000 km com uma única carga.

“Já despertámos o interesse de algumas empresas da indústria automóvel”

Maria Helena Braga Investigadora Sénior Escola de Engenharia Cockrell ⁄ Universidade do Texas (projeto de baterias de eletrólitos sólidos)

E esses são só alguns exemplos de projetos atualmente em curso à volta da tecnologia baseada em baterias ditas de es tado sólido. Claro que as marcas automóveis também já trabalham no tema, como confirmado pela declaração do CEO da Toyota, Shigeki Terashi: “Vamos produzir um carro com baterias de estado sólido e revelá-lo ainda em 2020, mas a produção em massa só acontecerá um pouco mais tarde” ...

Baterias que carregam totalmente em apenas 5 minutos As baterias atuais recorrem a células de iões de lítio (uma tecnologia cujos fundamentos são empregues há muito em dispositivos eletrónicos – neste tipo de dispositivos a estrutura da célula é sempre semelhante, independentemente de ser um telemóvel ou uma bateria de veículo elétrico), e vários investigadores acreditam que a tecnologia dificilmente poderá evoluir ainda mais de modo a permitir aos carros elétricos atingir autonomias de largas centenas de quilómetros, idênticas às dos veículos com motor de combustão. Mas há quem pense que esse não tem de ser necessariamente o caminho... É o caso da startup israelita StoreDot, que advoga como resposta ao problema trazido pela famosa “ansiedade da autonomia” (que muitos utilizadores de veículos elétricos tão bem conhecem...) uma solução diferente: em vez de apostar em baterias de maior capacidade, a ideia é investir antes na velocidade de recarga da bateria, de maneira a que o “reabastecimento” elétrico possa ser tão rápido como o de um carro a gasolina ou gasóleo. O facto do utilizador de um elétrico poder recarregá-lo de forma quase instantânea fará desaparecer essa ansiedade, diz a empresa, que aposta no desenvolvimento de materiais inovadores para possibilitar o carregamento ultrarrápido das

baterias de iões de lítio: “O objetivo é conseguir carregar totalmente o veículo em 5 minutos” , anuncia a StoreDot.

Baterias orgânicas Inovar nos materiais e nos componentes químicos é também o que outros pesquisadores, marcas e seus parceiros já fazem, na tentativa de melhorar a densidade energética e a durabilidade das baterias elétricas, através de uma série de estudos centrados na procura por formas mais eficientes de armazenar energia, garantindo ao mesmo tempo que essa energia possa ser usada para tornar os automóveis mais ecológicos... No seu veículo de pesquisa VISION AVTR que apresentou há um par de meses, a Mercedes-Benz foi pioneira a falar no que chama de tecnologia de bateria orgânica: uma revolucionária tecnologia de bateria que consiste em química de células orgânicas ba seada em grafeno, não utilizando pois materiais raros, tóxicos ou caros, como metais, tornando assim a mobilidade elétrica independente dos recursos fósseis. Outras vantagens: além de uma densidade de energia “exponencialmente alta”, este tipo de tecnologia também impressiona pela excecional ca pacidade de carregamento rápido, refere a marca alemã, que confirma as baterias orgânicas como parte das suas pesquisas atualmente já em curso nesta área das baterias e o seu potencial para aplicação futura em veículos elétricos.

Afinal, que futuro?... Falando então do futuro das baterias... Ao contrário do que se possa pensar, já existem hoje alternativas à nossa bem conhecida bateria de iões de lítio, mas apenas em algumas aplicações limitadas. Uma delas é a agora tão falada tecnologia de bateria de estado sólido, que não vai demorar a passar à prática, mas para começar apenas em veículos pesados ou comerciais. Processos químicos que recorrem a combinações como enxofre-lítio ou lítio-ar são também alternativas possí veis e até mais sustentáveis, mas ainda demasiado frágeis, e

“Vamos produzir um carro com baterias de estado sólido e revelá-lo em 2020, mas a produção em massa só acontecerá um pouco mais tarde”

Shigeki Terashi Chief Technology Officer – Toyota

o seu desenvolvimento até poder pensar-se em aplicá-las na prática vai demorar ainda vários anos. Quimicamente falando, também há quem considere a aplicação de outros elementos como a platina ou o paládio, mas aqui o horizonte aparece ain da mais longínquo. Seja como for, parece já não haver muitas dúvidas: estamos mesmo a caminho de uma revolução nas baterias que fornecem energia aos automóveis elétricos! E esse caminho não deverá ser muito comprido, ou seja, não irá demorar muito para vermos surgir, na prática, verdadeiras alternativas à tecnologia ião-lítio dos nossos dias, ainda que de aplicação mais restrita, pelo menos numa fase inicial. No entanto, mesmo que até já existam tecnologias superiores à atual, a única verdadeira certeza é que – tal como resumiu recentemente Andreas Hintennach, Diretor de Pesquisa de Baterias da Mercedes-Benz AG – “A bateria de iões de lítio ainda estará connosco durante os próximos anos” ... n