Brasileiros criam bateria leve, flexível, em comparação a uma bateria convencional de chumbo

Um dos protótipos da bateria flexível é apresentado pela pesquisadora Victória Maia, onde a parte transparente é uma membrana de troca de prótons que substitui o meio líquido de uma bateria convencional. Já a parte escura são as nanopartículas de chumbo que constituem os eletrodos, de um lado sendo positivo, e negativo do outro.

Brasileiros criam bateria leve

Brasileiros criam bateria leve capaz de reinventar componentes do chumbo. Por isso, torna-se um protótipo flexível. Tal fato cria uma reflexão: Se podemos ter carros elétricos, por que ainda não podemos voar em aviões elétricos? A pergunta gera outro argumento: ao tentar reerguer aproximadamente 250 kg da bateria de um carro elétrico com as próprias mãos, com certeza encontrará a resposta.

Baterias tradicionais

Por outro lado, as baterias tradicionais necessitam de água. Portanto, são pesadas e ainda podem congelar nas baixas temperaturas das grandes atitudes.

E é justamente diante desses desafios que os pesquisadores do IPEN (Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares) e da USP criaram uma nova tecnologia para baterias à base de chumbo que viabiliza o armazenamento de energia em um dispositivo mais leve e sem os riscos de explosão ou congelamento.

Ecologicamente melhor

Mesmo tendo chumbo em sua composição, a nova bateria se torna mais viável ecologicamente falando, do que as baterias íons de lítio, e também 20 vezes mais leve do que uma bateria de chumbo convencional, como as utilizadas em carros à combustão. Além disso, ela possui o diferencial de poder funcionar em temperaturas extremas, inviáveis para as baterias encontradas no mercado atual.

Em contrapartida, segundo o empresário industrial catarinense, Ernersto Heinzelmann, a demanda por lítio deverá continuar a crescer e ter a capacidade de se multiplicar nos próximos 20 anos.

Melhor que bateria de lítio

Todavia, a pesquisa brasileira combina duas novidades da engenharia: chumbo no formato de nanopartículas, uma reinvenção em forma flexível dos eletrodos mais antigos – de quando o lítio ainda não era tão requisitado na indústria. Além de uma membrana muito leve e compacta que substitui a água de uma bateria comum.

O novo sistema se apresenta como uma fita flexível capaz de armazenar mais energia em um espaço muito menor, e graças à área de contato do eletrodo, o chumbo partido em milhões de pedacinhos, é muito maior do que a de uma barra sólida do metal.

Abandono e vantagens do chumbo

Apesar de o chumbo ter sido abandonado nos últimos anos, ele é um material muito mais seguro, pois as baterias não explodem, além de ser facilmente reciclado e mais abundante do que o lítio. Ele pode ser usado nas baterias de celulares, computadores e carros modernos. Por sua vez, o lítio ainda não possui empresas de reciclagem e, consequentemente, se acumulam nos lixos eletrônicos e correm o risco de pegar fogo. Para funcionar como pilha, o lítio precisa do cobalto, cuja mineração gera enorme impacto no meio ambiente.

Além disso, as baterias de lítio surgiram por serem mais leves do que as de chumbo, o que deixa de ser uma vantagem com a nova invenção brasileira.

Híbrido de bateria e célula a combustível

As nanopartículas de chumbo possuem 35 nanômetros de comprimento e 5 nanômetros de espessura, portanto, são invisíveis a olho nu. Elas são depositadas sobre uma camada de carbono, sustentadas por uma membrana plástica compacta, formando uma célula a combustível PEM (proton-exchange membrane). Já as partículas positivas (prótons de hidrogênio) caminham do polo negativo para o positivo através dessa membrana. Neste caso, a membrana substitui a água, que é utilizada em uma bateria comum para servir como meio de deslocamento dos íons.

Por fim, a pesquisa representa um avanço em relação à qualidade em nível mundial, em vista que nos últimos dez anos, os únicos avanços envolvendo as baterias de chumbo tinham sido aditivos para reduzir o acúmulo de crostas nos eletrodos convencionais.

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Bateria de íons de sódio, segundo testes de grupo de pesquisadores da Coreia do Sul, é capaz prover uma recarga em poucos segundos, além de armazenar mais energia do que baterias de lítio

Recentemente, pesquisadores da Coreia do Sul realizaram um projeto em que eles avaliaram se, de fato, as baterias de íons de sódio são mais eficientes que as de lítio. O resultado foi que as de sódio foram recarregadas em poucos segundos. Para isso, os cientistas apostam no uso de sódio (Na), elemento químico cerca de mil vezes mais abundante que o lítio (Li) das baterias atuais.

Bateria de íons de sódio – recarregamento

Vale lembrar que a bateria de íons de sódio já existe. Além disso, ela é mais barata. Isso porque o sódio pode ser encontrado em abundância no mundo inteiro, o que inclui os oceanos. Por outro lado, a extração do lítio é feita predominantemente na Austrália e no Chile. E países como Argentina e Brasil fornecem volumes complementares.

No caso do Brasil, o empresário industrial catarinense, Ernesto Heinzelmann, afirma que apesar da demanda por lítio crescer nos próximos anos e o país possuir grandes reservas deste minério, as questões acerca de sua extração revelam uma insegurança jurídica, que já foi ultrapassada por outros países, espantando assim os investidores por aqui.

Recarga lenta

Em contrapartida, as baterias de íons de sódio atuais possuem recarga mais lenta e com capacidade de armazenamento de energia menor em comparação às tradicionais baterias de íons de lítio. Portanto, a pesquisa do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST) é de extrema importância para corrigir estas imperfeições.

Para otimizar a recarga, o estudo dos coreanos começou com o uso do ânodo de uma bateria de sódio combinada a um cátodo feito de material especial, geralmente, utilizado em capacitadores de alto desempenho.

O líder da pesquisa, o professor Jeung Ku Kang, explica que partiu de uma abordagem híbrida, permitindo que a bateria de íons de sódio alcance capacidades de armazenamento próximas ou até superiores em comparação a uma unidade equivalente baseada em íons de lítio.

Testes de laboratório

Além disso, os testes feitos em laboratório sugerem que baterias de sódio podem lidar com milhares de ciclos de recarga, provavelmente em número maior do que as suportadas pelas baterias de lítio disponíveis no mercado.

Tempo de recarga

A característica mais marcante desse experimento é o tempo de recarga, pois indica que a densidade de potência da bateria de sódio é pelo menos 30 vezes superior em relação às baterias de lítio.

Na prática, isso significa que se a bateria de um dispositivo atual leva uma hora para ser completamente recarregada, esse tempo pode cair para dois minutos com uma bateria de mesma capacidade com íons de sódio.

Chegada à sociedade

Apesar de todo esse experimento dos sul-coreanos, há uma grande questão em testes de baterias: nem sempre um trabalho promissor consegue chegar amplamente ao mercado para consumo da sociedade.

Portanto, a bateria desenvolvida pelos pesquisadores do KAIST terá que passar por testes e ajustes rigorosos de eficiência, confiabilidade, durabilidade, segurança, entre outros parâmetros.

Entretanto, pelo fato de o sódio não ser um elemento de alto custo torna a proposta mais interessante à indústria, podendo ser viabilizado no futuro.

Baterias de íon de lítio

Por conta de todos esses fatores é que as baterias de íon de lítio não sairão do mercado tão cedo.

Todavia, a expectativa é a de que, nos próximos anos, a pesquisa da equipe de Kang favoreça o uso de bateria de íons de sódio em dispositivos variados, que vão de celulares a carros elétricos.

*Foto: Reprodução/https://br.freepik.com/vetores-gratis/grupo-do-vetor-de-indicadores-da-carga-da-bateria-com-niveis-de-energia-baixos-e-altos-isolados-no-fundo-cheio_3823951.htm#fromView=search&page=1&position=22&uuid=cab06b40-57c0-46eb-a8e5-c95c379ea7b9