Nota do editor: A tecnologia elétrica é o futuro da terra verde, e a tecnologia de baterias é a base da tecnologia elétrica e a chave para restringir o desenvolvimento em larga escala da tecnologia elétrica. A atual tecnologia de bateria convencional são as baterias de íons de lítio, que possuem boa densidade de energia e alta eficiência. No entanto, o lítio é um elemento raro, com alto custo e recursos limitados. Ao mesmo tempo, à medida que cresce a utilização de fontes de energia renováveis, a densidade energética das baterias de iões de lítio já não é suficiente. como responder? Mayank Jain fez um balanço de algumas tecnologias de bateria que podem ser usadas no futuro. O artigo original foi publicado em mídia com o título: O Futuro da Tecnologia de Baterias
A terra está cheia de energia e estamos fazendo tudo o que podemos para capturar e fazer bom uso dessa energia. Embora tenhamos feito um trabalho melhor na transição para as energias renováveis, não fizemos grandes progressos no armazenamento de energia.
Atualmente, o mais alto padrão de tecnologia de baterias são as baterias de íons de lítio. Esta bateria parece ter a melhor densidade de energia, alta eficiência (cerca de 99%) e longa vida útil.
Então, o que há de errado? À medida que a energia renovável que captamos continua a crescer, a densidade energética das baterias de iões de lítio já não é suficiente.
Como podemos continuar a produzir baterias em lotes, isso não parece grande coisa, mas o problema é que o lítio é um metal relativamente raro, por isso seu custo não é baixo. Embora os custos de produção de baterias estejam a diminuir, a necessidade de armazenamento de energia também está a aumentar rapidamente.
Chegamos a um ponto em que, uma vez fabricada a bateria de íon de lítio, ela terá um enorme impacto na indústria energética.
A maior densidade energética dos combustíveis fósseis é um facto, e este é um enorme factor de influência que dificulta a transição para uma dependência total das energias renováveis. Precisamos de baterias que emitam mais energia do que o nosso peso.
Como funcionam as baterias de íon de lítio
O mecanismo de funcionamento das baterias de lítio é semelhante às baterias químicas AA ou AAA comuns. Eles têm terminais anódico e cátodo, e um eletrólito entre eles. Ao contrário das baterias comuns, a reação de descarga numa bateria de iões de lítio é reversível, pelo que a bateria pode ser recarregada repetidamente.
O cátodo (+ terminal) é feito de fosfato de ferro-lítio, o ânodo (-terminal) é feito de grafite e a grafite é feita de carbono. A eletricidade é apenas o fluxo de elétrons. Essas baterias geram eletricidade movendo íons de lítio entre o ânodo e o cátodo.
Quando carregados, os íons se movem para o ânodo e, quando descarregados, os íons correm para o cátodo.
Esse movimento de íons causa o movimento de elétrons no circuito, de modo que o movimento do íon de lítio e o movimento dos elétrons estão relacionados.
Bateria de ânodo de silício
Muitas grandes montadoras como a BMW têm investido no desenvolvimento de baterias de ânodo de silício. Como as baterias comuns de íons de lítio, essas baterias usam ânodos de lítio, mas em vez de ânodos à base de carbono, elas usam silício.
Como ânodo, o silício é melhor que o grafite porque requer 4 átomos de carbono para conter o lítio, e 1 átomo de silício pode conter 4 íons de lítio. Esta é uma grande atualização… tornando o silício 3 vezes mais forte que o grafite.
No entanto, o uso do lítio ainda é uma faca de dois gumes. Este material ainda é caro, mas também é mais fácil transferir instalações de produção para células de silício. Se as baterias forem completamente diferentes, a fábrica terá que ser totalmente redesenhada, o que fará com que a atratividade da troca seja ligeiramente reduzida.
Os ânodos de silício são feitos tratando areia para produzir silício puro, mas o maior problema que os pesquisadores enfrentam atualmente é que os ânodos de silício incham quando usados. Isso pode fazer com que a bateria se degrade muito rapidamente. Também é difícil produzir ânodos em massa.
Bateria de grafeno
O grafeno é um tipo de floco de carbono que usa o mesmo material de um lápis, mas leva muito tempo para fixar o grafite aos flocos. O grafeno é elogiado por seu excelente desempenho em muitos casos de uso, e as baterias são um deles.
Algumas empresas estão trabalhando em baterias de grafeno que podem ser totalmente carregadas em minutos e descarregadas 33 vezes mais rápido do que as baterias de íon-lítio. Isto é de grande valor para veículos elétricos.
Bateria de espuma
Atualmente, as baterias tradicionais são bidimensionais. Eles são empilhados como uma bateria de lítio ou enrolados como uma típica bateria AA ou de íon de lítio.
A bateria de espuma é um novo conceito que envolve o movimento de carga elétrica no espaço 3D.
Esta estrutura tridimensional pode acelerar o tempo de carregamento e aumentar a densidade de energia, qualidades extremamente importantes da bateria. Em comparação com a maioria das outras baterias, as baterias de espuma não possuem eletrólitos líquidos prejudiciais.
As baterias de espuma usam eletrólitos sólidos em vez de eletrólitos líquidos. Este eletrólito não apenas conduz íons de lítio, mas também isola outros dispositivos eletrônicos.
O ânodo que contém a carga negativa da bateria é feito de espuma de cobre e revestido com o material ativo necessário.
Um eletrólito sólido é então aplicado ao redor do ânodo.
Finalmente, uma chamada “pasta positiva” é usada para preencher as lacunas dentro da bateria.
Bateria de óxido de alumínio
Essas baterias têm uma das maiores densidades de energia de qualquer bateria. Sua energia é mais potente e mais leve que as atuais baterias de íons de lítio. Algumas pessoas afirmam que essas baterias podem fornecer 2.000 quilômetros de veículos elétricos. Qual é esse conceito? Para referência, o alcance máximo de cruzeiro do Tesla é de cerca de 600 quilômetros.
O problema com essas baterias é que elas não podem ser carregadas. Eles produzem hidróxido de alumínio e liberam energia através da reação do alumínio e do oxigênio em um eletrólito à base de água. O uso de baterias consome alumínio como ânodo.
Bateria de sódio
Atualmente, cientistas japoneses estão trabalhando na fabricação de baterias que utilizem sódio em vez de lítio.
Isto seria perturbador, uma vez que as baterias de sódio são teoricamente 7 vezes mais eficientes que as baterias de lítio. Outra grande vantagem é que o sódio é o sexto elemento mais rico nas reservas da Terra, em comparação com o lítio, que é um elemento raro.
Horário da postagem: 02 de dezembro de 2019