12.750 – Finalmente Chegando – As baterias de longa duração


baterias
Baterias de smartphones que possuem o dobro da capacidade atual podem chegar aos consumidores já no próximo ano. De acordo com o MIT News, os componentes de lítio metálico que já são usados em carros podem estar próximos de serem utilizados também nos dispositivos móveis.
As baterias foram desenvolvidas pelo Massachusetts Institute of Technology (MIT) e conseguem carregar a mesma quantidade de carga que as baterias convencionais de lítio-ion, porém com apenas metade do tamanho. O CEO da SolidEnergy, Qichao Hu, comentou que será possível fazer uma bateria com as mesmas medidas que ofereça o dobro da carga.
Apesar de já estarem pesquisando sobre isso há algum tempo, somente agora os cientistas conseguiram aumentar a resistência e o filamento.
Para isso, os pesquisadores usaram uma técnica baseada em lítio metálico para aperfeiçoar os componentes. Já para suportar as altas temperaturas, foi desenvolvido um revestimento eletrólito para a folha de lítio metálico que funciona à temperatura ambiente e evita incêndios.
A SolidEnergy, empresa que está desenvolvendo a bateria, pretende lançar ainda neste ano uma bateria dedicada para drones, também com o dobro da capacidade das baterias atuais.

11.749 – Samsung e MIT trabalham em bateria que pode durar para sempre


bateria

Pesquisadores da Samsung e do MIT estão desenvolvendo baterias que podem ter um ciclo de vida indeterminado. A tecnologia pode diminuir o desgaste de uso e fazer com que a carga dos aparelhos durem por mais tempo.

As baterias utilizadas atualmente usam um composto líquido de lítio. Quando os íons se movimentam, liberam eletricidade e geram energia para que o aparelho funcione. Com a constante movimentação dos íons, as células acabam sobrendo desgaste e retendo menos carga. Isso é o que chamamos de ciclo de vida de uma bateria.

O projeto feito em parceria pela fabricante coreana e pelo MIT quer substituir o líquido por um material sólido composto de lítio, germânio, fósforo e enxofre. A nova técnica evita o desgaste das células e ainda pode armazenar de 20% a 30% mais energia na mesma quantidade de espaço.

O novo composto também pode evitar alguns problemas de segurança, já que não apresenta nenhum risco de superaquecimento e princípio de incêndio. “[Com um eletrólito sólido] não há nenhum problema de segurança. Poderíamos jogá-lo contra a parede ou colocar um prego na bateria, não há nada lá que possa queimar, explica o pesquisador Gerbrand Ceder.

Por enquanto, a tecnologia ainda está em fase de desenvolvimento. Não há estimativas de sua chegada ao mercado.

11.537 – Mega Techs – Samsung promete bateria de grafeno com o dobro da duração


bateria de grafeno
A Samsung anunciou o desenvolvimento de um novo sistema estrutural de baterias – essas mesmas que utilizamos nos nossos smartphones e duram em média 8 horas – utilizando o grafeno e silício. Essa nova combinação de elementos quando inserida na cadeia de produção pode duplicar a densidade de energia de baterias utilizadas em smartphones e outros dispositivos. O resultado da pesquisa foi publicada na Revista Nature, a publicação de maior respaldo no âmbito das novas descobertas científicas.
O grafeno é uma das formas cristalinas do carbono. Forte, leve e excelente condutor de energia e calor, ele já é utilizado como componente em microprocessadores e outros dispositivos eletrônicos, pois sua maleabilidade e versatilidade permite ser utilizado em várias escalas na cadeia de produção de produtos eletrônicos.
Entretanto, inserir silício na cadeia de produção das atuais baterias, cujo sistema é baseado na atividade dos íons de lítio, sempre foi um desafio, pois a constante mudança de volume do material entre os ciclos de carga e descarga tornava a presença do silício e inviável nas baterias, mesmo sendo o condutor ideial nesses casos.
Tudo indica que a empresa sul-coreana conseguiu resolver esse problema. A solução, segundo o estudo sobre o projeto publicado na Nature, foi criar uma capa protetora para o material utilizando o próprio grafeno. Com isso, as partículas de silício continuam agrupadas e inertes à variação de volume.
Tudo isso resultou num dispositivo capaz de armazenar e conduzir até 1,8 mais vezes que as tradicionais, ampliando assim a densidade energética dos mais tradicional sistema de armazenamento de energia para dispositivos eletrônicos. Ainda não há sinalização da Samsung de quando a nova tecnologia chegá ao mercado.

10.274 – Mega Techs – Microsoft aposta em bateria para smartphone que dure uma semana


bateria ef2

Carregar o celular pelo menos uma vez ao dia se tornou um hábito. Mas a Microsoft – dona da Nokia – está empenhada em acabar com esta limitação tecnológica a partir de baterias capazes de durar uma semana.
Duas ideias passam pela cabeça da empresa: a mais simples utiliza um sistema chamado E-Lupe para identificar os aplicativos mais “gastões” para diminuir sua eficiência e preservar a carga; outra, mais radical, pretende substituir a bateria por duas menores, direcionando uma delas para funções mais pesadas, como vídeos e jogos.
Em palestra realizada ontem em San Francisco, nos EUA, o pesquisador da Microsoft Ranveer Chandra lembrou que as baterias não evoluem na mesma rapidez dos smartphones, que ficam mais potentes a cada ano. Por isso, a intenção é ajustar hardware e software para melhorar o gerenciamento e aproveitar a energia ao máximo.
Segundo Chandra, os primeiros protótipos desenvolvidos economizam entre 20% e 50% do consumo de bateria. Mas tudo está em estágio inicial e ainda é preciso muitas horas de pesquisas até conquistar algo concreto.

8730 – Tecnologia – Apesar do progresso, baterias para carros elétricos ainda têm um longo caminho pela frente


Para reduzir nosso enorme apetite por petróleo, o governo e a indústria automobilística estão trabalhando juntos para incentivar a população dos EUA a pensar nos elétricos na hora de trocar de carro.
Mesmo enquanto discutem a rapidez com que os consumidores farão a transição aos veículos elétricos, os observadores da indústria geralmente concordam que a mudança exigirá um grande aperfeiçoamento das baterias que alimentam esses carros. Até mesmo a Casa Branca concorda, reconhecendo a situação em seu blog: “A falta de baterias acessíveis e altamente funcionais tem sido uma barreira especialmente complicada à adoção generalizada dos veículos elétricos.”
Em curto prazo, a redução do preço da bateria – e consequentemente do veículo – virá principalmente de técnicas mais apuradas de fabricação e do aumento da produção. Aprimorar durabilidade e alcance é basicamente o território de pesquisadores e cientistas.

Lítio
O cientista italiano Alessandro Volta construiu a bateria original, em 1800. Volta preencheu um recipiente com pares de placas alternando zinco e cobre e separou cada par com um disco de papelão embebido em água salgada. Sua bateria gerava um fluxo estável de corrente elétrica por meio de uma reação química, forçando o disco de zinco (polo negativo) a liberar um elétron e o disco de cobre (polo positivo) a capturá-lo.
Hoje, as baterias de carros elétricos não se parecem mais com o recipiente de Volta, mas funcionam com os mesmos princípios básicos. E dois séculos de progressos em química geral, design e materiais nos trouxeram à bateria de lítio – que usa um íon de lítio para o transporte de ida e volta entre os polos positivo e negativo.
Numa explicação simples, a bateria de lítio oferece uma densidade de energia mais alta do que os sistemas anteriores, segundo Venkat Srinivasan, gerente do Programa de Tecnologia para Baterias de Transporte Automotivo – iniciativa financiada pelo Departamento de Energia dos EUA e comandada pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, na Universidade da Califórnia em Berkeley.
Comparada com a bateria híbrida de níquel e metal usada no Toyota Prius, por exemplo, uma bateria de íon de lítio de mesmo peso e volume aumentaria em três vezes a densidade de energia, afirmou Srinivasan.
Todos os veículos disponíveis que têm a eletricidade como fonte principal de energia, como o Nissan Leaf ou o Chevrolet Volt, usam alguma forma de química de íon de lítio em suas baterias. E esse sistema deve predominar ao menos pelas próximas duas décadas, ainda com muito espaço para inovações, declarou Jeffrey P. Chamberlain, chefe do grupo de Armazenamento de Energia Eletroquímica no Laboratório Nacional Argonne – localizado próximo a Chicago e financiado pelo Departamento de Energia.
O lítio é misturado a outros materiais no polo negativo da bateria. Os materiais usados determinam a voltagem da célula e a quantidade de lítio que o polo consegue reter – a elevação desses dois fatores aumenta a densidade da energia, explicou Srinivasan.

Altos custos
No laboratório Argonne, pesquisadores estão trabalhando com novas misturas de níquel, manganês e cobalto para o polo negativo (cátodo). Misturar esses elementos em variadas quantidades e montá-los em estruturas diferentes pode dobrar a capacidade de energia do cátodo. Argonne já começou a licenciar patentes desse material a diversos fabricantes de baterias. O resultado, segundo Chamberlain, seriam baterias que “espremem mais energia numa embalagem menor, possuem menor custo de produção e duram mais tempo”.
De maneira similar, pesquisadores de Argonne e outros locais estão realizando experimentos com silício para o polo positivo (ânodo), substituindo grafite, buscando por um equilíbrio que resolva os desafios físicos e ainda eleve a densidade da energia, afirmou Chamberlain.
Mesmo com esses avanços chegando às linhas de produção na próxima década, em curto prazo, a queda de custo para as baterias deve vir da redução dos custos de fabricação, segundo Alex. A. Molinaroli, presidente do grupo de Soluções de Energia da Johnson Controls, fabricante de baterias de íon de lítio para BMW, Daimler e Ford.
Como o íon de lítio é uma tecnologia relativamente nova em carros, “levará tempo para entendermos o desempenho dessas baterias com anos de uso”, disse Molinaroli. E como a bateria do carro elétrico hoje faz parte da unidade de tração, “ela terá exigências muito maiores de durabilidade e desempenho do que as baterias de ácido e chumbo ou a bateria de seu laptop”, afirmou.
Sem possuir décadas de testes de estrada com carros elétricos, os fabricantes são obrigados a “exagerar” na fabricação das baterias, agregando materiais e recursos de segurança para garantir sua adequação às exigências da garantia de tração, segundo Molinaroli. Sua estimativa é que essa supercompensação corresponda a 50 por cento dos materiais usados nas baterias atuais. Uma medida comum da densidade de energia é o número de watts-hora de eletricidade que a bateria pode gerar frente ao seu peso.

Gasolina é mais barata
Com a bateria como o componente mais caro do carro, os fabricantes de automóveis costumam ser pouco claros a respeito dos preços reais, considerando-os como informações competitivas. Mesmo assim, Mike Omotoso, da J.D. Power & Associates, aproximou o custo atual entre US$ 750 e US$ 800 por watt-hora. Para que os veículos elétricos se equiparem aos carros movidos a gasolina, a maioria dos analistas estima que o custo da bateria precise se aproximar de US$200 por watt-hora.
Na Johnson Controls, a paridade de preços é esperada com custos de bateria a US$ 200 por watt-hora e a gasolina custando consistentemente acima de US$ 4 o galão. Atingindo esses níveis, “teremos um bom ambiente comercial e, com os preços da energia subindo, esta se torna uma conversa muito mais relevante”, afirmou Mary Ann Wright, vice-presidente de tecnologia e inovação no grupo de soluções energéticas da empresa.
Wright avalia que esse ponto de paridade esteja uma década adiante, mas com duas ressalvas: “Precisamos considerar que o motor a gasolina também se tornará mais eficiente durante esse tempo”, explicou. “Essa tecnologia não está estacionada”. E a paridade precisa ser considerada como o custo total de propriedade ao longo da vida útil do carro. “Assim, embora o preço de lista possa sempre ser maior, o veículo elétrico será mais barato de manter e operar ao longo da vida útil em comparação com os carros a gasolina”.
A invenção de Alessandro Volta lhe rendeu um título real e um lugar na nota de dez mil liras, além de ter preparado o terreno para a era da eletricidade moderna. Com avanços contínuos permitindo que os carros elétricos equiparem preço e desempenho aos concorrentes movidos a gasolina, o impacto não poderia ser menos profundo.

8292 – Brasileiro cria técnica que deixa baterias 50% mais baratas


As nanopartículas de platina
As nanopartículas de platina

As baterias de célula de combustíveis são consideradas ecologicamente mais corretas do que as de lítio — usadas em celulares e computadores. Além de serem menos poluentes, elas conseguem ainda armazenar muito mais energia e demoram, assim, muito mais para descarregar. O custo de uma bateria de célula de combustível, no entanto, pode ser até quatro vezes mais elevado. Mas um estudo defendido como tese de doutorado pela Universidade de São Paulo conseguiu reduzir em 50% o valor dessa bateria. “Se conseguirmos resolver as questões financeiras, é provável que elas passem a ser produzidas em larga escala e acabem conquistando o mercado”, diz Adir José Moreira, químico responsável pela pesquisa.
A bateria de célula de combustível utiliza o hidrogênio, um elemento não nocivo ao meio ambiente, como principal fonte de combustível. Ao contrário dos modelos mais comuns no mercado (como as de lítio), ela não polui, já que seu produto final é apenas energia térmica, calor e água — que sai da bateria como vapor. Além disso, esse tipo de bateria também tem uma densidade de energia aproximadamente nove vezes maior do que a de lítio. Ou seja, ela armazena mais energia em um espaço menor do que aquele exigido por uma bateria de lítio.
As baterias de células de combustível ainda estão restritas ao fornecimento de energia a carros elétricos por causa do seu alto custo. Esse preço elevado está relacionado à quantidade de platina presente na composição. No mercado internacional, 1 grama do elemento pode custar até 53 dólares. Em cada célula há, aproximadamente, 8 miligramas do metal.
O valor comercial das baterias de célula de combustível depende de fatores como o tipo de célula e a carga total. Para fornecer energia a um notebook, por exemplo, é preciso gerar em torno de 50 watts de potência. Uma bateria de célula de combustível com essa potência custa cerca de 2.000 reais, enquanto uma bateria à base de lítio deve custar, no máximo, 500 reais. “O lítio é um elemento ainda mais caro que a platina. Porém, a quantidade aplicada em cada bateria também é menor. Além disso, por ter adquirido estabilidade comercial, a bateria de lítio tem uma tecnologia de produção mais barata”, diz Moreira.
Para reduzir o custo das baterias de célula de combustível, Moreira desenvolveu um novo processo de fabricação. Nele, foi possível reduzir em 70% a quantia de platina, alcançando 50% da eficácia de uma célula tradicional. Na nova técnica, o químico diminuiu também o tamanho das partículas de platina, até transformá-las em nanopartículas, alterando suas propriedades físicas e químicas.
As nanopartículas foram geradas a partir de um filete de platina e depositadas na membrana da bateria junto com uma camada de carbono. Melhorar essa organização das nanopartículas e do filme de carbono, segundo Moreira, é o passo que precisa ser dado para que o sistema atinja 100% de desempenho.
De acordo com Ronaldo Domingues Mansano, professor do Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (USP) e orientador do estudo, a tecnologia tem potencial para entrar no mercado em menos de um ano. “Basta que uma empresa esteja disposta a elevar a escala do nosso método”.

Algumas Questões
O que falta para alcançar os 100% de desempenho?
Falta acertar a outra parte do catalisador, além da platina, o carbono. O carbono auxilia no processo ao formar uma espécie de camada que facilita a passagem do hidrogênio entre as partículas de platina. Preciso aumentar essa camada de carbono para tornar a célula mais eficiente.

O futuro é das baterias de célula de combustível?
Sem dúvida, a tendência é que haja a substituição das baterias comuns pelas de célula de combustível. As baterias comuns têm muitos elementos químicos. Quando são descartadas, no fim de sua vida útil, acabam causando uma poluição ambiental muito grande. Já a vantagem do outro modelo de baterias é que não há poluentes, pois seu produto final é apenas energia térmica, calor e água. Para que ele seja aplicado em larga escala, porém, depende-se muito de investimentos: além da platina ser cara, o hidrogênio também não sai nada barato, pois precisamos usar hidrogênio com um grau de pureza muito elevado.

Existe a possibilidade de substituir a platina por algum outro catalisador?
Sim. Existem vários estudos sobre isso, até porque seria insustentável manter uma larga escala de produção de baterias usando apenas platina. Imagine se todos os veículos fossem à base de células de platina, por exemplo. A reserva mundial do metal não seria suficiente para dar conta de uma demanda como essa. Por isso, é importante buscar outros combustíveis, e é isso o que alguns pesquisadores estão fazendo atualmente.