doi.org/10.1002/adma.202409725
Credibilidade: 999
#Bateria
Uma nova bateria estrutural da Universidade Chalmers pode reduzir drasticamente o peso de dispositivos eletrônicos e veículos ao combinar capacidades de suporte de carga e armazenamento de energia, oferecendo um salto em eficiência e potencial de design.
Se veículos ou eletrônicos fossem construídos usando um material que funcionasse tanto como uma bateria quanto como uma estrutura de suporte de carga, o peso e o consumo de energia seriam radicalmente reduzidos. Agora, pesquisadores da Chalmers University of Technology alcançaram um avanço no armazenamento de energia sem massa com sua nova bateria estrutural que poderia reduzir pela metade o peso de um laptop, tornar o telefone celular tão fino quanto um cartão de crédito e aumentar a autonomia de um carro elétrico em até 70 por cento com uma única carga.
Avanços na Tecnologia de Baterias Estruturais
“Conseguimos criar uma bateria feita de composto de fibra de carbono que é tão rígida quanto o alumínio e densa em energia o suficiente para ser usada comercialmente. Assim como um esqueleto humano, a bateria tem várias funções ao mesmo tempo”, diz a pesquisadora da Chalmers, Richa Chaudhary, que é a primeira autora de um artigo científico publicado recentemente na Advanced Materials.
Progresso e potencial das baterias estruturais
A pesquisa sobre baterias estruturais vem acontecendo há muitos anos na Chalmers e, em alguns estágios, também junto com pesquisadores do KTH Royal Institute of Technology em Estocolmo, Suécia. Quando o professor Leif Asp e colegas publicaram seus primeiros resultados em 2018 sobre como fibras de carbono rígidas e fortes poderiam armazenar energia elétrica quimicamente, o avanço atraiu muita atenção. A notícia de que a fibra de carbono pode funcionar como eletrodos em baterias de íons de lítio foi amplamente divulgada e a conquista foi classificada como um dos dez maiores avanços do ano pelo prestigioso Physics World.
Melhorando a eficiência do veículo elétrico com baterias estruturais
Desde então, o grupo de pesquisa desenvolveu ainda mais seu conceito para aumentar a rigidez e a densidade de energia. O marco anterior foi alcançado em 2021, quando a bateria tinha uma densidade de energia de 24 watts-hora por quilograma (Wh/kg), o que significa aproximadamente 20 por cento da capacidade de uma bateria de íons de lítio comparável. Agora é de até 30 Wh/kg. Embora isso ainda seja menor do que as baterias de hoje, as condições são bem diferentes. Quando a bateria faz parte da construção e também pode ser feita de um material leve, o peso geral do veículo é bastante reduzido. Então, não é necessária tanta energia para operar um carro elétrico, por exemplo.
O futuro do transporte leve e com eficiência energética
“Investir em veículos leves e com eficiência energética é algo natural se quisermos economizar energia e pensar nas gerações futuras. Fizemos cálculos sobre carros elétricos que mostram que eles poderiam dirigir por até 70% mais do que hoje se tivessem baterias estruturais competitivas”, diz o líder da pesquisa Leif Asp, que é professor do Departamento de Ciência Industrial e de Materiais da Chalmers.
Propriedades multifuncionais de novas baterias estruturais:
Quando se trata de veículos, é claro, há altas demandas para que o design seja suficientemente forte para atender aos requisitos de segurança. Lá, a célula de bateria estrutural da equipe de pesquisa aumentou significativamente sua rigidez, ou mais especificamente, o módulo de elasticidade, que é medido em gigapascal (GPa), de 25 para 70. Isso significa que o material pode transportar cargas tão bem quanto o alumínio, mas com um peso menor.
“Em termos de propriedades multifuncionais, a nova bateria é duas vezes melhor que sua antecessora – e, na verdade, a melhor já feita no mundo”, diz Leif Asp, que pesquisa baterias estruturais desde 2007.
Passos para a comercialização de baterias estruturais:
Desde o início, o objetivo era atingir um desempenho que tornasse possível a comercialização da tecnologia. Paralelamente ao fato de que a pesquisa continua agora, o vínculo com o mercado foi fortalecido – por meio da recém-iniciada empresa Chalmers Venture Sinonus AB, sediada em Borås, Suécia.
No entanto, ainda há muito trabalho de engenharia sendo feito antes que as células da bateria passem da fabricação em laboratório em pequena escala para a produção em larga escala para nossos dispositivos ou veículos de tecnologia.
“Pode-se imaginar que celulares ou laptops finos como cartões de crédito, que pesam metade do que hoje, são os mais próximos no tempo. Também pode ser que componentes como eletrônicos em carros ou aviões sejam alimentados por baterias estruturais. Serão necessários grandes investimentos para atender às desafiadoras necessidades energéticas da indústria de transportes, mas é também aqui que a tecnologia pode fazer a maior diferença”, diz Leif Asp, que notou um grande interesse das indústrias automotiva e aeroespacial.
Mais sobre
“”Pesquisa e baterias estruturais:
Baterias estruturais são materiais que, além de armazenar energia, podem transportar cargas. Dessa forma, o material da bateria pode se tornar parte do material de construção real de um produto, o que significa que um peso muito menor pode ser alcançado em, por exemplo, carros elétricos, drones, ferramentas portáteis, laptops e telefones celulares.
O conceito de bateria desenvolvido é baseado em um material composto e tem fibra de carbono como eletrodos positivo e negativo – onde o eletrodo positivo é revestido com fosfato de ferro-lítio. Quando o conceito de bateria anterior foi apresentado, o núcleo do eletrodo positivo era feito de papel alumínio.
A fibra de carbono usada no material do eletrodo é multifuncional. No ânodo, atua como um reforço, bem como um coletor elétrico e material ativo. No cátodo, atua como um reforço, um coletor de corrente e um andaime para o lítio se acumular. Como a fibra de carbono conduz a corrente de elétrons, a necessidade de coletores de corrente feitos de cobre ou alumínio (por exemplo) é reduzida, o que reduz ainda mais o peso geral. Nem são necessários os chamados metais de conflito, como cobalto ou manganês, no design do eletrodo escolhido.
Na bateria, os íons de lítio são transportados entre os terminais da bateria por meio de um eletrólito semissólido, em vez de um líquido, o que é desafiador quando se trata de obter alta potência e, para isso, mais pesquisas são necessárias. Ao mesmo tempo, o design contribui para aumentar a segurança na célula da bateria, por meio da redução do risco de incêndio.
Publicado em 23/09/2024 14h54
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