Bateria estrutural fica mais potente e colocar mais energia na lataria dos carros

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 11/09/2024

Baterias estruturais

A equipe do professor Leif Asp, da Universidade de Tecnologia de Chalmers, na Sucia, vem h anos trabalhando no conceito de bateria estrutural, uma forma de armazenar energia de modo integrado com o prprio objeto a ser alimentado – pense em latarias de carros e fuselagens de avies que tambm so baterias, por exemplo.

Os primeiros resultados vieram em 2018, quando a equipe descobriu como armazenar eletricidade usando fibras de carbono rgidas e fortes. A energia eltrica armazenada quimicamente, o que significa que as mesmas fibras de carbono usadas em peas estruturais podem funcionar como eletrodos em baterias comuns de ons de ltio.

O marco seguinte foi alcanado em 2021, quando a bateria atingiu uma densidade de energia de 24 watts-hora por quilograma (Wh/kg), o que significa aproximadamente 20% da capacidade de uma bateria de ons de ltio equivalente.

Agora a bateria estrutural de fibras de carbono atingiu o patamar de 30 Wh/kg. Embora ainda seja menos do que as baterias de hoje, a comparao no pode ser direta porque as condies so bem diferentes: Quando a bateria faz parte da construo e tambm pode ser feita de um material leve, o peso geral do veculo pode cair bastante. Ento, no necessria tanta energia para fazer funcionar um carro eltrico, por exemplo.

“Ns fizemos os clculos sobre carros eltricos, que mostram que eles poderiam rodar at 70% mais do que hoje se tivessem baterias estruturais competitivas,” disse o professor Asp. “Investir em veculos leves e energeticamente eficientes algo natural se quisermos economizar energia e pensar nas geraes futuras.”

Como a bateria se torna parte da estrutura de suporte de carga, sua massa essencialmente “desaparece”, por isso ela tambm conhecida como “bateria sem massa”.
[Imagem: Richa Chaudhary et al. – 10.1002/adma.202409725]

Estrutura da bateria estrutural

Baterias estruturais – alguns preferem “bateria sem massa” – so materiais que, alm de armazenar energia, podem suportar cargas. Dessa forma, o material da bateria pode se tornar parte do material de construo real de um produto, o que significa que um peso muito menor pode ser alcanado em, por exemplo, carros eltricos, drones, ferramentas portteis, laptops e telefones celulares.

“Assim como um esqueleto humano, a bateria tem vrias funes ao mesmo tempo,” disse a pesquisadora Richa Chaudhary, principal responsvel por esta etapa do trabalho. “Conseguimos criar uma bateria feita de compsito de fibra de carbono que to rgida quanto o alumnio e densa em energia o suficiente para ser usada comercialmente.”

O conceito de bateria desenvolvido pela equipe baseado em um material compsito, contando com fibras de carbono como eletrodos positivos e negativos, com a diferena de que o eletrodo positivo revestido com fosfato de ferro-ltio – na verso anterior, o ncleo do eletrodo positivo era feito de uma folha de alumnio.

A fibra de carbono usada no material do eletrodo multifuncional: No nodo, ela atua como um reforo, como um coletor eltrico e como material ativo. No ctodo, a fibra funciona como um reforo, como coletor de corrente e como um andaime para o ltio se acumular. Como a prpria fibra de carbono conduz a corrente de eltrons, diminui a necessidade de coletores de corrente feitos de cobre ou alumnio, o que reduz ainda mais o peso geral da bateria. Tambm no so necessrios os chamados metais de conflito, como cobalto ou mangans.

Muito trabalho frente

Os ons de ltio so transportados entre os terminais da bateria por meio de um eletrlito semisslido, em vez de um lquido, o que aumenta a segurana ao reduzir o risco de incndio, embora esta soluo venha encontrando dificuldades em termos de aumento de potncia.

De qualquer modo, este um trabalho em andamento, e ainda h muito a ser feito antes que as clulas da bateria estrutural deixem de ser fabricadas em pequena escala em laboratrio e passem a ser produzidas em larga escala para equipar dispositivos tecnolgicos ou veculos. Obter uma potncia mais alta um dos desafios a serem vencidos.

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