Baterias de Carbono – desde 2018, diversas tecnologias exploram maneiras de reduzir a massa e/ou aumentar a densidade de energia das baterias de veículos elétricos. Nesse sentido, desde então, uma pesquisa da Chalmers University of Technology, em Gotemburgo, Suécia, sobre um conceito de armazenamento de energia “sem massa”. Parece ainda mais leve que as baterias de lítio-ar!
A primeira coisa a saber sobre a “bateria estrutural” é que ela não é, de fato, sem peso. Na verdade, como o nome sugere, ela pode substituir vários painéis que hoje têm apenas uma função, por componentes que também podem armazenar energia. Elas fazem parte de uma nova classe de compostos multifuncionais chamados compostos de potência estrutural, capazes de armazenar energia elétrica em um capacitor ou bateria.
A Airbus pretende lançar uma aeronave totalmente elétrica com capacidade para 100 passageiros até 2050. Mas substituir os 27 quilos de combustível por passageiro, por baterias, exigiria quase 37 vezes mais peso. Um avião assim jamais conseguiria decolar, mas e se ele tivesse uma fuselagem feita de um composto de bateria estrutural (SBC) um pouco mais espesso, que também funcionasse como sua bateria? Ou se as 100 armações de assento a bordo fossem feitas de SBC?
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Composição das Baterias de Carbono Estruturais
Fios de fibra de carbono bruta não revestida são ótimos condutores elétricos. Por conterem pequenos espaços que facilmente aceitam íons de lítio, funcionam bem como eletrodo negativo de uma bateria. Essa expansão reduz a capacidade das fibras de armazenar energia após vários ciclos de carregamento e descarregamento. Por isso, os engenheiros precisam desenvolver soluções que minimizem esse efeito para garantir a eficiência das baterias ao longo do tempo.
Usar a deposição eletroforética (processamento de materiais particulados) para aplicar um revestimento de fosfato de ferro-lítio/óxido de grafeno nos filamentos de fibra de carbono permite que eles funcionem como um cátodo estrutural (o elétrodo de carga elétrica negativa). Pronto! Agora, tudo o que falta é um eletrólito que também funcione como uma resina estrutural, e os pesquisadores suecos identificaram um eletrólito polimérico com um monômero de reticulação que aumenta a rigidez do material, mantendo a capacidade de conduzir íons de lítio.
Pessoal, tudo bem se eu parar de “traduzir” os termos técnicos!? O “lance” aqui é apresentar a Inovação!
Desenvolvimento da Capacidade e Estrutura das Baterias de Carbono
No estado atual da pesquisa, a bateria estrutural da Chalmers armazena cerca de 30 watt-hora por quilograma, mas a equipe espera alcançar 75 Wh/kg em breve. Equivalente a cerca de um terço da densidade das melhores células de íon-lítio. Essa menor densidade de energia significa que os materiais SBC têm menos chances de sofrer superaquecimento. Ainda assim há preocupação de liberação de gases tóxicos se pegarem fogo.
As fibras de carbono mais resistentes armazenam menos energia e têm um terço da resistência à tração e compressão de um painel de alumínio equivalente.No entanto, a equipe espera que o SBC atinja paridade estrutural com o alumínio, igualando-se à resistência ao escoamento do aço. O professor Leif Asp, da Chalmers, afirma que curvar e moldar o material SBC, é possível, mas acentuar isso aumentam o risco de curto-circuito na célula.
Um estudo publicado por pesquisadores da Chalmers analisou os efeitos da remoção das baterias e da incorporação de materiais compostos de bateria estrutural (SBC) em um Tesla Model S (com bateria de 85 kWh) e em um BMW i3. Ao substituir aproximadamente 70% dos painéis interiores e exteriores e 60% da estrutura do corpo por SBC, a massa desses carros reduz em 26% e 19%, respectivamente. No entanto, a autonomia prevista no ciclo de condução europeu (NEDC) diminui em 36% e 17%, respectivamente. Aumentar a espessura e a massa desses painéis SBC em dobro restabelece a paridade de massa dos carros, enquanto a autonomia aumenta em 20% no Tesla e 70% no BMW (sem contar o ganho de espaço para os pés ao eliminar as baterias volumosas).
Baterias de Carbono – Desafios e Potencial de Substituição Estrutural em Veículos Elétricos
Substituir uma bateria estrutural desgastada pode parecer mais complexo do que simplesmente desparafusar uma caixa de bateria e trocar as células. Atualmente, as baterias de veículos elétricos modernos parecem durar a vida útil do carro. Ainda assim, recomenda-se usar baterias estruturais (SBC) em itens facilmente substituíveis, como estruturas de assentos, painéis de portas, capô, teto e painéis do assoalho, ao invés de estruturas integrais, como pilares e barras de proteção contra impactos.
Prevê-se que as baterias estruturais (SBC) comecem a ser produzidas em breve, com a possibilidade de aplicação em laptops, smartphones e brinquedos. Drones aéreos podem seguir em uma década, e as baterias de tração para veículos elétricos (EVs) podem surgir posteriormente. No entanto, é preciso realizar mais estudos para comprovar a durabilidade e capacidade a longo prazo das SBCs, além de resolver questões de escalabilidade, gestão de energia e reciclagem.
Prever o custo em relação aos preços atuais de baterias e estruturas de carroceria é desafiador, devido às incertezas sobre o preço das baterias de estado sólido e futuro desenvolvimento de substâncias químicas para baterias.
Estamos torcendo para que as baterias compostas estruturais e tecnologias similares, que combinam múltiplos benefícios em uma única solução, ajudem a popularizar a eletrificação!
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