Um estudo liderado pela Chalmers University of Technology, Suécia, mostrou que as fibras de carbono podem funcionar como eletrodos de bateria, armazenando energia diretamente. Isso abre novas oportunidades para baterias estruturais, onde a fibra de carbono passa a fazer parte do sistema de energia. O uso desse tipo de material multifuncional pode contribuir para uma redução significativa de peso nas aeronaves e veículos do futuro - um desafio fundamental para a eletrificação.

As aeronaves de passageiros precisam ser muito mais leves do que são hoje para serem movidas a eletricidade. A redução do peso também é muito importante para os veículos, a fim de aumentar a distância de condução por carga de bateria.

Leif Asp, Professor de Material e Mecânica Computacional na Chalmers University of Technology, conduz pesquisas sobre a capacidade das fibras de carbono de realizar mais tarefas do que simplesmente atuar como um material de reforço. Eles podem armazenar energia, por exemplo.

"A carroceria de um carro não seria simplesmente um elemento de suporte de carga, mas também atua como uma bateria, ", diz ele." Também será possível usar a fibra de carbono para outros fins, como a captação de energia cinética, para sensores ou para condutores de energia e dados. Se todas essas funções fizessem parte do corpo de um carro ou aeronave, isso poderia reduzir o peso em até 50 por cento. "

Asp liderou um grupo multidisciplinar de pesquisadores que publicou recentemente um estudo sobre como a microestrutura das fibras de carbono afeta suas propriedades eletroquímicas, ou seja, sua capacidade de operar como eletrodos em uma bateria de íons de lítio. Até agora, este tem sido um campo de pesquisa inexplorado.

Os pesquisadores estudaram a microestrutura de diferentes tipos de fibras de carbono disponíveis comercialmente. Eles descobriram que as fibras de carbono com cristais pequenos e mal orientados têm boas propriedades eletroquímicas, mas uma rigidez inferior em termos relativos. Se você comparar isso com fibras de carbono que têm grandes, cristais altamente orientados, eles têm maior rigidez, mas as propriedades eletroquímicas são muito baixas para uso em baterias estruturais.

"Agora sabemos como as fibras de carbono multifuncionais devem ser fabricadas para atingir uma alta capacidade de armazenamento de energia, ao mesmo tempo que garante rigidez suficiente, "Asp diz." Uma ligeira redução na rigidez não é um problema para muitas aplicações, como carros. O mercado é atualmente dominado por compostos de fibra de carbono caros, cuja rigidez é adequada para uso em aeronaves. Há, portanto, algum potencial aqui para os fabricantes de fibra de carbono estenderem sua utilização. "

No estudo, os tipos de fibra de carbono com boas propriedades eletroquímicas tiveram uma rigidez ligeiramente maior do que o aço, ao passo que os tipos cujas propriedades eletroquímicas eram fracas são apenas duas vezes mais rígidos que o aço.

Os pesquisadores estão colaborando com as indústrias automotiva e de aviação. Leif Asp explica que, para a indústria da aviação, pode ser necessário aumentar a espessura dos compósitos de fibra de carbono, para compensar a rigidez reduzida das baterias estruturais. Isso seria, por sua vez, também aumentam sua capacidade de armazenamento de energia.

"A chave é otimizar os veículos no nível do sistema - com base no peso, força, rigidez e propriedades eletroquímicas. É uma nova forma de pensar para o setor automotivo, que é mais usado para otimizar componentes individuais. As baterias estruturais podem não se tornar tão eficientes quanto as baterias tradicionais, mas, uma vez que eles têm uma capacidade de suporte de carga estrutural, ganhos muito grandes podem ser obtidos no nível do sistema. "

Ele continua, "Além disso, a densidade de energia mais baixa das baterias estruturais as tornaria mais seguras do que as baterias padrão, especialmente porque também não conteriam quaisquer substâncias voláteis. "