A bateria mais durável do mundo, desenvolvida por cientistas da Chalmers University of Technology (CTH), na Suécia, poderá aumentar a autonomia dos veículos eléctricos em 70% e abrir caminho para dispositivos móveis mais finos do que um cartão bancário. O diferencial da tecnologia está no uso de fibra de carbono como eletrodo, o que elimina metais como cobre e alumínio, que aumentam a massa. Este poderia ser um factor decisivo para superar uma barreira fundamental à electrificação dos transportes em grande escala – alcance limitado.
Fonte da imagem: Henrik Sandsjö/Universidade de Tecnologia Chalmers
Apesar da crescente popularidade dos veículos eléctricos, a transição para um transporte totalmente electrificado e livre de combustíveis fósseis continua a ser um desafio com muitas incógnitas. Este problema é especialmente grave no domínio do transporte de longa distância realizado por transporte marítimo e aéreo, que requer combustível intensivo em energia, mas leve, que possa fornecer o fornecimento de energia necessário. As baterias tradicionais, embora mais ecológicas, são significativamente inferiores aos combustíveis fósseis em termos de intensidade energética e peso.
As baterias estruturais oferecem uma solução elegante para este problema multifacetado devido à sua capacidade de servir como função de suporte de carga na estrutura do dispositivo, transformando-se de “peso morto” em um elemento funcional. Para os veículos, isto significa não só uma redução do peso total, mas também uma redução do consumo de energia, o que afeta diretamente o aumento da autonomia.
Uma equipe de pesquisa liderada por Leif Asp, professor de ciência de materiais e mecânica computacional no CTH, confirmou que as fibras de carbono podem armazenar energia elétrica e ser usadas como eletrodos em baterias de íons de lítio. Em 2021, a equipe de cientistas aumentou a resistência e a capacidade elétrica da bateria para uma densidade de energia de 24 Wh/kg, que foi aumentada para 30 Wh/kg em novos relatórios.
Embora esses valores ainda sejam inferiores aos das baterias de íons de lítio padrão, é importante observar que as baterias estruturadas não precisam atingir os mesmos níveis elevados de capacidade para serem eficazes. A sua principal vantagem reside na versatilidade e capacidade de integração no design do dispositivo, o que permite uma redução significativa do peso total e um aumento da eficiência energética. “Nossos cálculos mostram que os veículos elétricos poderiam atingir até 70% mais autonomia do que hoje se fossem equipados com baterias estruturais competitivas”, afirmou a Asp em comunicado.
A bateria estrutural desenvolvida no CTH é feita de material compósito e utiliza fibras de carbono nos eletrodos positivo e negativo. Nas versões anteriores da bateria, o núcleo do eletrodo positivo era feito de papel alumínio. Na nova versão, os pesquisadores adotaram uma abordagem inovadora e revestiram as fibras de carbono com fosfato de ferro-lítio (LFP), o que aumentou significativamente a eficiência e durabilidade da bateria. A fibra de carbono neste projeto serve não apenas como eletrodo, mas também como elemento de reforço, coletor de corrente e base para armazenamento de lítio no cátodo, ao mesmo tempo que atua como coletor elétrico e material ativo no ânodo. Isto torna possível criar uma bateria sem utilizar materiais tradicionais como cobre ou alumínio.
Os pesquisadores também conseguiram aumentar a rigidez da bateria, permitindo-lhe suportar cargas comparáveis às do alumínio, mas com um peso significativamente menor. “Você pode imaginar que telefones celulares tão finos quanto um cartão de crédito ou laptops que pesam a metade do peso atual aparecerão muito em breve. Serão necessários grandes investimentos para atender às complexas necessidades energéticas da indústria de transportes, mas é aqui que esta tecnologia pode causar o impacto mais significativo”, disse Asp.
Outro aspecto inovador do design é que os íons de lítio na bateria se movem através de um eletrólito semissólido, o que reduz significativamente o risco de incêndio – um benefício crítico para a segurança, especialmente em veículos. Porém, no momento a bateria não consegue fornecer alta potência, e esta área se tornou uma das prioridades da equipe de cientistas.