A tecnologia de bateria evoluiu muito ao longo dos anos. Gadgets como drones e smartphones seriam impraticáveis sem a tecnologia de bateria moderna e avançada.
No entanto, as baterias sempre poderiam ser melhores!
As baterias de estado sólido parecem ser o próximo grande avanço e os produtos que as utilizam estão chegando. Isso significa que agora é o momento perfeito para se familiarizar com o que eles são e por que são importantes.
O que significa “estado sólido”?
Quer se trate de uma bateria de carro de ácido de chumbo, descartáveis alcalinos ou baterias de polímero de lítio em um telefone, todos eles usam um eletrólito líquido. O eletrólito é uma substância condutora que conecta os dois terminais internos da bateria. Os elétrons fluem através do eletrólito, permitindo que a bateria acumule uma carga elétrica ou a descarregue.
Uma bateria de estado sólido usa um eletrólito sólido, em vez do eletrólito líquido tradicional. Essa é a única diferença fundamental entre as duas tecnologias de bateria. Parece simples, mas engenheiros e cientistas lutam há décadas para encontrar um material sólido que possa atuar como eletrólito.
O que é difícil com as baterias de estado sólido?
Vários materiais, como cerâmicas e metais de lítio, oferecem potencial como eletrólitos de estado sólido. O problema é que a abordagem de cerâmica resultou em um desempenho ruim da bateria. Os metais de lítio são promissores, mas apresentam uma falha fatal. Conforme a bateria é carregada e descarregada, “dendritos” de metal crescem através do eletrólito. A bateria pode entrar em curto-circuito e se tornar um perigo.
Encontrar soluções práticas e economicamente viáveis para esses problemas tem sido a missão de várias empresas e equipes de pesquisa nos últimos anos. Agora esse trabalho está prestes a dar frutos.
Por que passar por todos esses problemas? Vejamos os benefícios que as baterias de estado sólido prometem em relação às tradicionais.
Segurança
As baterias armazenam grandes quantidades de energia e há sempre o perigo de que essa energia seja liberada de forma descontrolada . Quando isso acontece, pode significar incêndio, explosões e outros resultados indesejados. Baterias de estado sólido, supondo que o problema dos dendritos seja resolvido, prometem ser mais seguras e estáveis. Por um lado, eles não são inflamáveis, então o incêndio da bateria deve ser coisa do passado.
Isso não é importante apenas para veículos elétricos, como carros e drones, mas também para eletrônicos pessoais, como smartphones e laptops. Muitas pessoas são feridas todos os anos por incêndios de baterias em seus aparelhos eletrônicos. Como resultado, casas inteiras foram totalmente queimadas!
Velocidade de recarga
As baterias de lítio modernas podem carregue a velocidades impressionantes, mas ainda levam muito tempo para encher pra cima. Há um limite para a quantidade de energia que você pode despejar em uma bateria de íon de lítio tradicional antes que tudo saia de lado. As baterias de estado sólido prometem carregar até seis vezes mais rápido do que as baterias que usamos atualmente. Isso significa carregar seu telefone de vazio a cheio em cinco minutos ou carregando um carro elétrico a 80% em 15.
Capacidade e tamanho de energia
As baterias de íon de lítio atualmente têm a maior densidade de energia de qualquer tipo de bateria vendida ao público. No entanto, ainda é muitas vezes menos denso do que a gasolina. Embora as baterias de estado sólido não as equipem com as de gás, elas prometem mais do que dobrar a densidade de energia por volume.
Em outras palavras, se você trocou a bateria do seu telefone usando um modelo de estado sólido, ele poderia teoricamente funcionar o dobro do tempo sem aumentar de tamanho. Este é outro grande argumento de venda para veículos elétricos, que não são tão populares quanto poderiam ser, graças à ansiedade de alcance.
Vida útil e durabilidade
A maioria das baterias de íon de lítio atuais começam degradar após cerca de 500 ciclos completos de carga-descarga. Depois desse ponto, o bateria começa a perder sua capacidade até que ele mal consegue segurar a carga. Em smartphones, que agora tendem a ter baterias lacradas, isso impõe um limite rígido na vida útil do dispositivo. As baterias de estado sólido prometem aumentar muito esse limite. Até cinco vezes.
Assim, onde uma bateria típica de telefone de uso diário pode começar a degradar após dois a três anos, uma bateria de estado sólido permaneceria em sua capacidade nominal por até quinze anos. Em carros elétricos, onde a substituição das baterias é extremamente cara, isso poderia ter um efeito dramático no custo de propriedade para essa classe de veículos.
Pontos fracos da bateria de estado sólido
Se tudo isso parece bom demais para ser verdade, há algumas ressalvas na tecnologia. Alguns deles ainda precisam ser resolvidos antes que a adoção generalizada da tecnologia de bateria de estado sólido seja alcançada.
Quando você pode comprar baterias de estado sólido?
Existem algumas empresas como Poder Sólido e QuantumScape, que afirmam estar no auge das aplicações comerciais de baterias de estado sólido.
A Toyota planeja ter veículos elétricos com bateria de estado sólido à venda já em 2021. Tanto a Solid Power quanto a QuantumScape pretendem lançar baterias para veículos em 2022 e 2024, respectivamente. Isso significa que nos próximos anos poderemos estar bem no início de uma revolução da bateria.
Isso antes mesmo de entrarmos nas possibilidades que surgem com o uso do grafeno. Este maravilhoso material promete baterias ainda melhores, sejam elas eletrólitos líquidos ou sólidos. Fazer o grafeno jogar bola iludiu cientistas e engenheiros por mais tempo do que o esperado, mas você já pode comprar um banco de poder de grafeno híbrido agora. Na verdade, o futuro está aqui.