Não quer baterias feitas de pedras? Estamos em uma nova revolução no campo das baterias recarregáveis? Sobre tudo isso hoje.
Em todo o mundo, há muito tempo existe uma corrida para alcançar a máxima eficiência possível da chamada energia verde. As fontes de energia renováveis que não emitem gases de efeito estufa na atmosfera são o futuro da nossa civilização, do qual ninguém duvida. Isso não é mais apenas um sonho, mas a necessidade do dia. Os cientistas estão soando cada vez mais o alarme, instando-nos a economizar eletricidade e tentar usar os dispositivos elétricos da maneira mais eficiente possível.
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As baterias de íons de lítio não são mais tão eficientes
A maioria dos dispositivos funcionam com baterias ou baterias, desde antigos walkman players até os mais recentes smartphones ou carros elétricos, baseados em tecnologias de íons de lítio (Li-ion). Eles são usados há muitos anos na maioria dos aparelhos elétricos e dispositivos tecnológicos, embora não sejam muito eficientes energeticamente e duráveis. Além disso, seu descarte com o tempo se torna um problema real para a situação ecológica do nosso meio ambiente.
As baterias de íons de lítio são colocadas em quase todos os lugares, porque são baratas e têm alto desempenho. Como o custo dessas baterias caiu significativamente na última década, elas estão se tornando a alternativa mais viável para uso a longo prazo, simplesmente por causa de sua abundância. Hoje, essas baterias alcançaram baixo custo e maior densidade de energia não por meio de avanços tecnológicos, mas por meio de otimização de engenharia simples e persistente de métodos de fabricação, ferramentas e eficiência.
No entanto, com o desenvolvimento de novos métodos e tecnologias de produção de eletricidade, a demanda por métodos eficientes de armazenamento é crescente. Em pequena escala, não há problemas com isso - a solução são vários tipos de baterias e acumuladores, que são um elemento tão óbvio da realidade quanto a própria eletricidade.
Eles são usados para alimentar telefones, vários tipos de iluminação, já foram necessários para usar lanternas ou tocadores de música, embora tudo isso esteja agora em nossos smartphones. Mas como você armazena a energia necessária para abastecer uma casa inteira? Acontece que as baterias também podem ser úteis neste caso. Claro, não estamos falando de baterias do tipo de "dedos" populares disponíveis nas lojas, mas de dispositivos completamente novos, que são conquistas emocionantes da engenharia em si.
A pesquisa está em andamento há muito tempo para desenvolver novas baterias que possam competir com as baterias de íon-lítio em termos de desempenho, custo e durabilidade.
Muitas dessas novas tecnologias não são inteiramente novas. Em essência, elas funcionam de maneira semelhante às baterias de íon-lítio, mas usando materiais diferentes. Aqui estão alguns dos exemplos mais interessantes de tecnologias que em breve poderão revolucionar o campo de armazenamento de energia.
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Baterias de estado sólido
Este tipo de bateria, ao contrário de outras, não utiliza eletrólitos líquidos ou em gel, mas formas sólidas. Esses eletrólitos geralmente estão na forma de cerâmica, vidro, polímeros ou sulfitos. As baterias de estado sólido são mais eficientes porque fornecem mais energia para as mesmas dimensões que suas contrapartes de íons de lítio. Eles têm um grande potencial, especialmente no campo da alimentação de veículos elétricos.
Uma bateria de estado sólido tem o potencial de resolver a maioria dos problemas listados acima com as baterias de íon-lítio atuais. Uma bateria de estado sólido de vidro pode ter três vezes a densidade de energia usando um ânodo de metal alcalino (lítio, sódio ou potássio), que aumenta a densidade de energia do cátodo e proporciona uma vida longa. Um eletrólito sólido é considerado não inflamável ou pelo menos resistente à auto-ignição. A natureza não inflamável das baterias de estado sólido também reduz o risco de superaquecimento, permitindo que as células sejam embaladas com mais firmeza, aumentando assim a flexibilidade do projeto e a densidade aparente.
As grandes esperanças para essas baterias estão relacionadas ao fato de que elas podem durar muito mais tempo. E esta é uma grande vantagem no mundo de hoje.
No entanto, as baterias de estado sólido estão atualmente em um baixo nível de prontidão tecnológica e a pesquisa fundamental ainda está em andamento, causando incertezas e preocupações em relação ao alto custo de produção e escalabilidade. O desafio também é introduzir eletrólitos sólidos em um processo compatível com práticas modernas de fabricação, que não afetem a durabilidade ou o custo do produto final e, além disso, agregue benefícios como melhor densidade energética e de potência, maior segurança, e maior rendimento.
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baterias de lítio-enxofre
As baterias de lítio-enxofre (Li-S) (não confundir com "lítio-enxofre" - essas baterias eternas são alimentadas pelas disputas dos ucranianos) começaram a ser desenvolvidas e pesquisadas desde os anos 60 do século passado como um dispositivo eficaz para armazenar energia usando reações eletroquímicas reversíveis. Apesar do rápido desenvolvimento e comercialização da tecnologia de bateria de íon-lítio (LIB), nenhum avanço foi alcançado para resolver os desafios técnicos críticos enfrentados pelas baterias de íon-lítio nas próximas décadas. Portanto, na década de 2000, as baterias Li-S recuperaram o interesse significativo dos desenvolvedores devido às suas vantagens - baixo custo e alta energia específica teórica. Esses indicadores são quase 3 vezes maiores do que as características das baterias de íon-lítio atuais. O baixo custo e o alto teor de enxofre (ou seja, material ativo do cátodo) tornam as baterias de lítio-enxofre mais atraentes do que as baterias de íon-lítio, dado que as últimas usam materiais críticos como cobalto e níquel na produção do cátodo.
E nas baterias de lítio-enxofre, o cátodo, que é um dos dois eletrodos da bateria, será feito de enxofre. Este elemento é mais equilibrado do que o níquel e o cobalto tradicionais. Essas baterias são mais eficientes do que as baterias de íons de lítio. Obviamente, isso pode levar a um alcance maior dos carros nos quais eles serão usados. Podemos dizer que a grande vantagem dessas baterias é que o enxofre é uma matéria-prima barata e amplamente difundida. Ao mesmo tempo, o processo de produção dessas baterias é muito semelhante ao usado para a produção de baterias de íon-lítio, o que significa que os mesmos dispositivos e capacidades de produção podem ser usados para sua produção.
Outra vantagem desses tipos de baterias é a menor quantidade de energia necessária para sua fabricação, em quase 25%. Todas essas características podem tornar a produção de baterias de lítio-enxofre muito lucrativa.
Os desenvolvimentos já estão em pleno andamento. A empresa Lyten alcançou um sucesso particularmente significativo nesta área. Já possui toda uma plataforma de bateria LytCell EV. A empresa diz que sua bateria é mais barata e segura do que as baterias de íon-lítio atuais e pode ser usada em veículos elétricos produzidos em massa nos Estados Unidos até meados desta década.
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baterias de ferro-ar
Este tipo de bateria funciona com base no processo de oxidação do ferro usando ar. No processo de recarga, as substâncias oxidadas são convertidas novamente em ferro em um processo conhecido como oxidação reversa. Espera-se que as baterias de ferro-ar se difundam em um futuro próximo, principalmente porque permitem o armazenamento de energia quase 25 vezes mais do que as baterias de íon-lítio.
Devido às reservas muito grandes de ferro e ar, essas baterias certamente custariam muito menos. Segundo estimativas, seu preço pode ser inferior ao das baterias existentes em cerca de 10 vezes! Infelizmente, essas baterias têm uma desvantagem significativa - devido à baixa taxa de oxidação do ferro, carregá-las pode demorar muito.
A start-up Form Energy, que surgiu com base no famoso Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), está desenvolvendo com sucesso baterias de ferro-ar. As baterias da Form Energy, segundo os desenvolvedores, são dez vezes mais baratas que as de lítio e usam ferro, que é abundante no mundo. Ao mesmo tempo, as baterias de ferro-ar podem durar mais do que as baterias de lítio e também são mais seguras porque não são inflamáveis.
A única desvantagem observada no momento é que essas baterias demoram a carregar, tornando-as uma opção menos viável do que as baterias de lítio, por exemplo, no caso de laptops ou smartphones. Por outro lado, são uma excelente solução de armazenamento de energia ao nível da rede elétrica nacional, pois podem proporcionar 100 horas de armazenamento de energia, muito mais do que as baterias de lítio, que podem durar até seis horas. Desta forma, podem facilitar a integração de grandes parques solares e parques eólicos.
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Baterias com pedra britada
Outro exemplo interessante de um novo tipo de bateria são aquelas que armazenam calor em vez de eletricidade. Por exemplo, a empresa israelense Brenmiller Energy está trabalhando no uso de materiais alternativos, como rochas, para armazenar energia térmica. Desde 2012, a Brenmiller Energy usa brita primeiro para geração e depois para armazenamento de energia térmica. Tais tecnologias, por sua vez, podem ser utilizadas para diversas finalidades, por exemplo, na indústria.
Curiosamente, a ideia de usar brita para armazenamento de energia não é totalmente nova. A NASA, que tem muitas novas tecnologias a seu favor, vem testando tecnologias de armazenamento de energia térmica desde os anos setenta do século passado. Diferentemente das convencionais, as baterias produzidas pela empresa israelense utilizam energia para produzir vapor, água quente ou ar quente. A Brenmiller Energy diz que sua usina, chamada Tempo, será capaz de armazenar até 35 MWh de energia, produzindo até 14 toneladas de vapor por hora.
Isso é muito importante para a economia de Israel, onde até 45% de todas as emissões relacionadas à energia vêm do setor de aquecimento industrial. Este projeto visa substituir as caldeiras a vapor que funcionam com combustíveis fósseis tradicionais.
Novas realidades exigem novas soluções. O surgimento de novos tipos de baterias contribuirá para o desenvolvimento de tecnologias na área de economia de energia. Talvez em alguns anos, seu laptop ou smartphone não precise mais ser carregado todos os dias, porque funcionará por um mês, ou talvez até um ano, com uma única carga. E, ao mesmo tempo, o novo tipo de bateria não só economiza energia, mas também contribui para a preservação do meio ambiente.
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