Eco-amigável, mais barato, com maior capacidade de armazenamento e maior vida útil:muitas demandas são feitas para a bateria do futuro. Uma equipe espanhola de pesquisadores usa tecnologia laser para projetar a próxima geração de baterias.

As baterias veteranas de chumbo-ácido, que funcionaram bem por cerca de um século a um custo baixo, parecem incapazes de pagar por capacidade de armazenamento suficiente para as necessidades de nosso tempo. Certamente, eles não foram projetados para carros elétricos. Outras tentativas, como Ni-Cd (níquel cádmio) ou Ni-MH (hidreto metálico de níquel), provaram ser muito fracas para empurrar um veículo elétrico.

Embora bastante caro em seu pop-up comercial no início dos anos 90, a tecnologia de íon de lítio (Li-ion) tornou-se razoável com o tempo e agora pode satisfazer as necessidades de driving range de muitas pessoas. A distância média diária de deslocamento em todo o mundo é inferior a 50 km. Contudo, aspectos importantes como custo e estabilidade devem ser ajustados, pesquisadores dizem.

No âmbito do projeto Laser4Surf, financiado pela UE, os cientistas estão abordando um desses parâmetros, ou seja, a estabilidade da bateria de íons de lítio. "Estamos usando o laser para mudar a superfície do coletor atual, que é um dos componentes da bateria, feito de metal. Essas modificações irão melhorar a estabilidade da bateria, estendendo assim sua vida útil, “explica o físico Dr. Miguel Ángel Muñoz-Márquez, líder do grupo de Análise de Interface Avançada no CIC energiGUNE em Álava, Espanha.

Qualquer célula de íon de lítio (bateria) possui um coletor de corrente em ambas as extremidades. O material do eletrodo é fundido como tinta em cada coletor de corrente; ele armazena os íons de lítio e os libera quando necessário, durante o funcionamento da bateria. Tecnicamente, a ação do laser na superfície metálica permite melhor adesão do eletrodo ao coletor de corrente. Isso evita qualquer reação indesejada que poderia desencadear a delaminação do eletrodo do coletor de corrente.

"Essas modificações também podem aumentar o desempenho da bateria sob cargas de alta potência. Com o laser, queremos aumentar a superfície ativa do coletor atual, permitindo-lhe lidar com mais elétrons no processo de carga e descarga, "acrescenta Miguel Angel Muñoz.

As atuais baterias de íon-lítio que acionam os carros elétricos são bastante fortes. Dependendo da empresa de manufatura, um carro pode rodar entre 200 e 500 km sem carregar a bateria. O principal problema é a acessibilidade, já que o custo da bateria é cerca de 40% ou 50% do custo do carro. "Esse número pode ser reduzido com o aprimoramento da tecnologia, como estamos fazendo no projeto Laser4Surf, ou encontrando materiais mais baratos. Se uma solução para estender a vida útil da bateria for encontrada, isso seria um sucesso, mesmo que tenha um preço mais alto. A bateria dura mais e os investimentos serão pagos, "diz Muñoz.

Outra questão importante do projeto diz respeito à sustentabilidade da bateria. No Laser4Surf, os pesquisadores pulam uma etapa química no processo de fabricação:o revestimento de carbono do coletor atual. O revestimento de carbono em uma bateria de íon de lítio comum melhora o desempenho do coletor de corrente, por exemplo. para garantir um melhor contato elétrico entre o coletor de corrente e o eletrodo. “O laser modifica a superfície do coletor de corrente e elimina a necessidade de revestimento químico. Ao mesmo tempo, a gravação do laser melhora o contato elétrico e mecânico, portanto, as baterias funcionam melhor, "explica Muñoz.

Após o primeiro teste de laboratório, Miguel Angel Muñoz está cheio de esperanças quanto ao futuro desta pesquisa:“Nesta segunda metade do projeto, estamos trabalhando em um protótipo desenvolvido na linha de revestimento, disponível na sala seca do nosso centro. Este protótipo terá o tamanho aproximado de uma bateria de celular e a célula obtida pode ser considerada um teste pré-industrial. “O próximo passo é convencer as empresas de baterias de que essas descobertas são competitivas.” Um dos objetivos deste projeto é construir máquinas capazes de modificar a superfície do cobre em grande escala, então haverá um protótipo pré-industrial. Se tudo correr bem, em menos de dez anos, seremos capazes de produzi-lo em escala industrial, " ele adiciona.

"Melhorar o contato entre o material ativo e o coletor de corrente é extremamente importante e é uma abordagem muito boa para aumentar a vida útil e o desempenho de carga da bateria, "diz o Prof. Stefano Passerini, diretor do Helmholtz Institute em Ulm, Alemanha e editor-chefe do "Journal of Power Sources". Ele acha que os lasers podem ser uma tecnologia de sucesso, já que custa menos agora. Contudo, um balanço de benefícios / custos deve ser calculado e só então a eficácia da pesquisa pode ser avaliada.

"O fato de que o uso da tecnologia laser pode melhorar o contato deve ser demonstrado. Estou ciente de outras aplicações do laser, em que as equipes estão planejando fazer ranhuras nos eletrodos para aumentar a espessura do eletrodo, ou seja, a densidade de energia, enquanto mantém um bom desempenho de energia. Esta combinação seria boa para armazenamento de energia, mas todas essas abordagens precisam ser demonstradas em escala industrial, "Passerini diz, acrescentando que a indústria leva muito tempo para mudar os processos estabelecidos, a menos que uma melhoria substancial ou uma grande economia de custos seja evidente.

Apesar disso, este tipo de pesquisa pode trazer economias substanciais de custos para as empresas, acredita em Muñoz. Qualquer avanço tem impacto mensurável na indústria de baterias e pode ajudar a obter mais financiamento para um laboratório, permitindo dedicar mais esforços nessa direção.

Mais e mais grupos científicos estão dedicando tempo para estudar baterias. "Existem vários níveis de pesquisa. Em primeiro lugar, existe pesquisa aplicada, realizados por empresas. Os resultados desse tipo de pesquisa dão impacto de curto prazo e o risco para o sucesso do projeto é baixo. Em segundo lugar, há pesquisas baseadas em melhorias incrementais, com impacto de curto a médio prazo, com um maior grau de risco, normalmente desenvolvido por centros de tecnologia. Aqui, grupos de trabalho tentam melhorar a capacidade da bateria e reduzir custos. Finalmente, há pesquisa fundamental com impacto de médio a longo prazo e alto risco, que normalmente é realizado por centros de pesquisa ou universidades. Seus resultados podem trazer uma revolução, uma mudança de paradigma. As equipes podem descobrir, por exemplo, um novo material para baterias de íon de lítio de alto desempenho, um novo método de produção, um novo material de eletrodo ou um novo eletrólito que poderia trazer baterias de íon sódio ou de enxofre de lítio para o mercado contra íons de lítio, "Muñoz explica.

A demanda geral por baterias de melhor desempenho leva a várias maneiras de abordar o tema e as sinergias entre os diferentes níveis de pesquisa parecem ser mais necessárias do que nunca.