![\"\"](\"\/site\/userfiles\/bateria2.png\")
<\/p>\nN\u00f3s costum\u00e1vamos pensar que o futuro da tecnologia estava apenas nos dispositivos. Est\u00e1vamos enganados. Estes exoesqueletos de pl\u00e1stico e vidro n\u00e3o s\u00e3o nem de longe t\u00e3o importantes quanto as baterias que os alimentam. \u00c9 por isso que a corrida para fazer uma bateria melhor \u00e9 a bola da vez \u2014 com alguns dribles de inova\u00e7\u00e3o genu\u00edna. <\/p>\n
Mesmo que nossos gadgets e carros tenham evolu\u00eddo, as baterias deles se mantiveram praticamente inalteradas. A imprensa est\u00e1 cheia de mat\u00e9rias de \u201cavan\u00e7os\u201d, mas \u00e9 extraordinariamente dif\u00edcil de comercializar qualquer destas novas tecnologias em uma escala mais ampla. Criar baterias que fazem m\u00e1gica no laborat\u00f3rio \u00e9 uma coisa. Descobrir como reproduzir essa magia com seguran\u00e7a, em uma f\u00e1brica, milh\u00f5es de vezes, a um pre\u00e7o competitivo? \u00c9 outra coisa completamente diferente. <\/p>\n
No entanto, a corrida continua: fabricantes de carros el\u00e9tricos est\u00e3o procurando c\u00e9lulas mais leves, mais fortes, mais dur\u00e1veis e mais baratas. Os fabricantes de eletr\u00f4nicos est\u00e3o procurando c\u00e9lulas mais confi\u00e1veis, que possam ser carregadas mais r\u00e1pido e durar mais tempo. Fabricantes de implantes m\u00e9dicos e at\u00e9 mesmo tecnologias vest\u00edveis, uma bateria pequena o suficiente para \u201cdesaparecer\u201d. Enquanto isso, empresas de energias renov\u00e1veis est\u00e3o procurando baterias que possam carregar e descarregar milhares e milhares de vezes e se manterem est\u00e1veis. <\/p>\n
As descobertas que parecemos ouvir toda semana s\u00e3o reais. Mas h\u00e1 uma lacuna cada vez mais evidente entre uma descoberta e sua ado\u00e7\u00e3o comercial. Analisamos tr\u00eas \u00e1reas de pesquisa em baterias para descobrir o qu\u00e3o perto elas est\u00e3o de \u2014 como diz o cansado e velho ditado \u2014 realmente mudar o mundo. <\/p>\n
O estado s\u00f3lido
\nVamos come\u00e7ar com uma tecnologia emergente que acaba com um problema muito perigoso das baterias de l\u00edtio atuais: elas t\u00eam tend\u00eancia a explodir em chamas inesperadamente. Estas s\u00e3o as chamadas baterias em estado s\u00f3lido \u2014existem muitos tipos\u2014 e, para entender como elas evitam um inc\u00eandio instant\u00e2neo, precisamos antes de tudo saber um pouco sobre por que este fen\u00f4meno ocorre em baterias de \u00edons de l\u00edtio. <\/p>\n
A maioria dessas baterias convencionais \u00e9 feita de dois eletrodos (o \u00e2nodo e c\u00e1todo), separados por algum tipo de eletr\u00f3lito l\u00edquido, ou o meio que conduz os \u00edons de l\u00edtio do \u00e2nodo para o c\u00e1todo. O problema \u00e9 que este eletr\u00f3lito \u00e9 muito inflam\u00e1vel: caso seja danificado ou perfurado, a bateria vai pegar fogo.<\/p>\n
Baterias em estado s\u00f3lido acabam com o eletr\u00f3lito l\u00edquido por completo. Em vez disso, eles usam uma camada de outro material, geralmente uma mistura de metais, para conduzir \u00edons entre os el\u00e9trodos e gerar energia. <\/p>\n
Mas isso \u00e9 apenas metade dos motivos que tornam a tecnologia de estado s\u00f3lido t\u00e3o emocionante. Como n\u00e3o h\u00e1 nenhum componente l\u00edquido nestas c\u00e9lulas \u2014 e como, portanto, elas exigem menos camadas extras de isolamento e de outras salvaguardas\u2013 elas tendem a ser menores, mais leves e mais adapt\u00e1veis do que suas antecessoras mais esquentadinhas. <\/p>\n
Isso as torna muito interessantes para montadoras que procuram uma bateria mais leve e mais segura para seus ve\u00edculos el\u00e9tricos. O ARPA-E, do Departamento de Energia americano, est\u00e1 tocando v\u00e1rios projetos para desenvolver baterias de \u00edon-l\u00edtio em estado s\u00f3lido ou baterias em estado s\u00f3lido que acabam com o l\u00edtio completamente. <\/p>\n
Al\u00e9m do ARPA-E, h\u00e1 um l\u00edder no estado s\u00f3lido \u2014 a Sakti3, uma empresa de oito anos de idade, com sede em Ann Arbor, liderada pela CEO Ann Marie Sastry. Um perfil na MIT Technology Review nos d\u00e1 um vislumbre do trabalho que a Sakti3 e Sastry est\u00e3o fazendo, que se concentra em descobrir como construir baterias de \u00edon-l\u00edtio em estado s\u00f3lido e em larga escala: <\/p>\n
Ela tamb\u00e9m est\u00e1 desenvolvendo t\u00e9cnicas de fabrica\u00e7\u00e3o que servem para a produ\u00e7\u00e3o em massa. \u201cSe o seu objetivo geral \u00e9 o de mudar a maneira como as pessoas dirigem, seu crit\u00e9rio j\u00e1 n\u00e3o pode ser apenas a melhor densidade de energia j\u00e1 alcan\u00e7ada ou o maior n\u00famero de ciclos\u201d, diz ela. \u201cO principal crit\u00e9rio \u00e9 o pre\u00e7o, em um produto que tenha o desempenho necess\u00e1rio.\u201d<\/p>\n
O trabalho da Sakti3 parece emocionante, mas a empresa tem sido extremamente sigilosa sobre sua tecnologia, de modo que n\u00e3o sabemos exatamente o que ela usa como eletr\u00f3lito \u2014 o que certamente poderia acabar afetando o custo ou a fabrica\u00e7\u00e3o dessas baterias em uma escala maior. <\/p>\n
O que sabemos \u00e9 que a Sakti3 atraiu investimentos de grandes companhias, incluindo o bra\u00e7o de capital de risco da General Motors, e afirmou no ano passado que dobrou a densidade de energia em rela\u00e7\u00e3o \u00e0s baterias de \u00edon-l\u00edtio. Outra empresa do ramo, a QuantumScape, \u00e9 igualmente sigilosa \u2014 mas h\u00e1 rumores de que ela est\u00e1 trabalhando em ideias semelhantes com a tecnologia de estado s\u00f3lido. <\/p>\n
Ent\u00e3o, por que n\u00e3o estamos andando por a\u00ed com baterias de estado s\u00f3lido em nossos gadgets? Porque ainda \u00e9 bastante cedo para comercializar nessa escala. Um dos maiores desafios na tecnologia de baterias n\u00e3o \u00e9 apenas o segredo da eletroqu\u00edmica, mas tamb\u00e9m replicar esse segredo em uma f\u00e1brica, por um pre\u00e7o menor que o de c\u00e9lulas convencionais, com maior regularidade, e em escala maci\u00e7a. <\/p>\n
\u00c9 um paradigma que o autor Steve LeVine conhece bem. Seu novo livro The Powerhouse, publicado h\u00e1 alguns meses, \u00e9 uma imers\u00e3o profunda na ascens\u00e3o \u2013e queda\u2013 de uma empresa que tentou comercializar uma daquelas inova\u00e7\u00f5es que prometem mudar tudo num passe de m\u00e1gica. Ele passou anos acompanhando a Envia, uma startup de baterias que finalmente garantiu um contrato com a GM para suprir seus c\u00e1todos, feitos de n\u00edquel, mangan\u00eas e cobalto, para o carro el\u00e9trico Chevrolet Volt. At\u00e9 que tudo se desfez quando os c\u00e1todos n\u00e3o cumpriram o que a Envia prometeu. <\/p>\n
Como LeVine me explicou recentemente por telefone \u2014 e como ele falou em uma mat\u00e9ria no Quartz \u2014 a coisa mais empolgante em tecnologia de baterias, no momento, n\u00e3o \u00e9 a bateria: \u00e9 o processo de fabrica\u00e7\u00e3o. \u201cEu comecei muito animado sobre o que \u00e9 poss\u00edvel fazer descobrindo como reduzir os custos por meio de avan\u00e7os nos processos de fabrica\u00e7\u00e3o\u201d, disse ele, ressaltando que o Departamento de Energia est\u00e1 se concentrando agora num processo seletivo que pede que os participantes se concentrem em inovar o processo de fabrica\u00e7\u00e3o, em vez da ci\u00eancia eletroqu\u00edmica das pr\u00f3prias baterias.<\/p>\n
A Tesla Gigafactory em constru\u00e7\u00e3o em mar\u00e7o, via Tesla Forum. <\/p>\n
At\u00e9 mesmo Elon Musk est\u00e1 tentando resolver este problema particular. Sua Gigafactory, que est\u00e1 atualmente sendo constru\u00edda em Nevada (EUA), \u00e9 uma aposta alta na ideia de que a Tesla pode vencer seus concorrentes simplesmente colocando todo o processo de fabrica\u00e7\u00e3o da bateria sob o mesmo teto. Tenha em mente que isto \u00e9 para baterias que n\u00e3o s\u00e3o particularmente inovadoras. <\/p>\n
Mas este \u00e9 um jogo de economias de larga escala, e at\u00e9 mesmo Musk est\u00e1 enfrentando cr\u00edticas de que sua f\u00e1brica de baterias pode estar obsoleta antes de abrir, j\u00e1 que at\u00e9 l\u00e1 outros avan\u00e7os na tecnologia das baterias devem surgir. Esta \u00e9 uma grande pol\u00eamica te\u00f3rica, mas ajuda a ilustrar como a ind\u00fastria da bateria est\u00e1 vol\u00e1til nos \u00faltimos tempos. <\/p>\n
O ar-alum\u00ednio
\nMesmo que o l\u00edtio seja o rei dos materiais de bateria, ele tem muitas outras desvantagens al\u00e9m de explodir. N\u00e3o s\u00f3 \u00e9 caro para ser extra\u00eddo, mas tamb\u00e9m \u00e9 menos eficiente do que alguns outros materiais no que diz respeito \u00e0 libera\u00e7\u00e3o de el\u00e9trons, o que o torna mais lento para carregar e descarregar, como explicou recentemente a Chemistry World. <\/p>\n
Ent\u00e3o, o que acontece com as baterias que dispensam completamente o l\u00edtio, algumas das quais poderiam carregar seu telefone em segundos, pelo menos teoricamente? Uma empresa israelense chamada Phinergy divulgou um candidato empolgante, mas duvidoso, ao longo dos \u00faltimos anos: uma bateria de ar-alum\u00ednio. Nessas baterias, um eletrodo \u00e9 uma placa de alum\u00ednio. O outro \u00e9 oxig\u00eanio. Mais especificamente, oxig\u00eanio e um eletr\u00f3lito de \u00e1gua. Quando o oxig\u00eanio interage com a placa, ele produz energia. <\/p>\n
Baterias de ar-alum\u00ednio est\u00e3o por a\u00ed h\u00e1 um longo tempo, mas o interesse por elas se intensificou nos \u00faltimos anos. Um estudo muito citado de 2002 do Journal of Power Sources trouxe destaque para a tecnologia: um grupo de pesquisadores defendeu que as baterias de ar-alum\u00ednio s\u00e3o o \u00fanico substituto vi\u00e1vel para a gasolina. Na teoria, estas baterias podem ter 40 vezes a capacidade das baterias de \u00edon-l\u00edtio, e a Phinergy diz que eles poderiam expandir a autonomia de ve\u00edculos el\u00e9tricos para 1.600 km.<\/p>\n
<\/p>\n
Imagem: Phinergy. <\/p>\n
Ent\u00e3o, \u00e9 hora de perguntar novamente: por que n\u00e3o estamos dirigindo carros movidos a oxig\u00eanio? Bem, a rea\u00e7\u00e3o qu\u00edmica que produz energia nessas baterias tem uma desvantagem consider\u00e1vel: a intera\u00e7\u00e3o com o oxig\u00eanio leva o alum\u00ednio a se degradar. Al\u00e9m disso, este \u00e9 um tipo de bateria chamado de c\u00e9lula \u201cprim\u00e1ria\u201d, o que significa que a corrente flui somente em uma dire\u00e7\u00e3o, do \u00e2nodo para o c\u00e1todo. Isto significa que elas n\u00e3o podem ser recarregadas. Em vez disso, as baterias t\u00eam que ser trocadas e recicladas depois de descarregadas. <\/p>\n
Isso \u00e9 um grande problema de infraestrutura quando se trata de uso generalizado. \u201cPara carros el\u00e9tricos, pode ser uma situa\u00e7\u00e3o aceit\u00e1vel, uma vez que a infraestrutura dispon\u00edvel tem esta\u00e7\u00f5es de servi\u00e7o para trocar baterias usadas por novas\u201d, explica Greg Less, da Universidade de Michigan, por email. \u201cMas, at\u00e9 que isso ocorra, uma c\u00e9lula secund\u00e1ria [recarreg\u00e1vel], como \u00edon-l\u00edtio, ser\u00e1 prefer\u00edvel.\u201d Baterias de ar-alum\u00ednio certamente n\u00e3o seriam vi\u00e1veis para aparelhos como smartphones, porque eles precisariam ter suas baterias trocadas regularmente. <\/p>\n
Ainda assim, a pesquisa continua no ar-alum\u00ednio. Muitas empresas prometem trazer esta novidade para o mercado nos pr\u00f3ximos anos, incluindo a Phinergy. Uma empresa chamada Fuji Pigment tamb\u00e9m afirmou recentemente que conseguiu um enorme passo nesta dire\u00e7\u00e3o. A Fuji diz que descobriu uma maneira de proteger o alum\u00ednio com materiais isolantes, de modo que seria poss\u00edvel recarregar a bateria sem precisar troc\u00e1-la.<\/p>\n
![\"\"](\"\/site\/userfiles\/bateria3.png\")
<\/p>\n
Imagem: Stanford. <\/p>\n
Mesmo que as op\u00e7\u00f5es de ar-alum\u00ednio falhem, pesquisadores apontam cada vez mais o alum\u00ednio como o material das baterias do futuro. \u00c9 uma \u00e1rea quente agora: um laborat\u00f3rio na Universidade Stanford usa alum\u00ednio e grafite como eletrodos, ligados por um eletr\u00f3lito l\u00edquido seguro. O grupo da Universidade de Stanford diz que sua bateria pode carregar um smartphone em menos de um minuto e pode ser \u201cperfurada de um lado a outro\u201d e ainda permanecer funcionando. Claro, mais pesquisa ainda precisa ser feita. <\/p>\n
A microbateria
\nOutro grande problema com as baterias convencionais \u00e9 o seu tamanho. Embora quase todas as outras partes de nossos eletr\u00f4nicos fiquem cada vez menores, as baterias ainda s\u00e3o bastante robustas. Por exemplo, o mais novo laptop da Apple \u00e9 definido pelo tamanho da sua bateria\u2014 que, mesmo sendo projetada em uma estrutura de camadas supereficiente, ainda ocupa a maior parte do espa\u00e7o de seu corpo. <\/p>\n
Este \u00e9 um problema que vai muito al\u00e9m de laptops, no entanto. Pense em implantes m\u00e9dicos, que precisam de uma fonte de alimenta\u00e7\u00e3o pequena o suficiente para permanecer no interior do corpo humano. Ou projetos como o Solar Impulse, que precisam de baterias lev\u00edssimas para armazenar energia. Finalmente, h\u00e1 tamb\u00e9m o Projeto Jacquard, do Google, que visa conectar computadores em nossa pr\u00f3pria roupa \u2014 se tudo der certo, sem ter que esconder meio quilo de l\u00edtio em um dos bolsos. <\/p>\n
Cada vez mais, as pesquisas est\u00e3o se concentrando nas chamadas microbaterias \u201c3D\u201d. Qual \u00e9 a diferen\u00e7a entre 2D e 3D? Pense em 2D como um bolo recheado simples: existem dois eletrodos, separados por um eletr\u00f3lito. Eles podem ser superfinos, mas voc\u00ea acaba limitado a um bolo muito fino com pot\u00eancia de sa\u00edda baix\u00edssima. <\/p>\n
Em compara\u00e7\u00e3o, uma bateria 3D \u00e9 mais parecida com um rocambole (ok, \u00e9 uma met\u00e1fora imperfeita), em que voc\u00ea pode aumentar a \u00e1rea de superf\u00edcie dos eletrodos entrela\u00e7ando-os em camadas microsc\u00f3picas. Ao aumentar a \u00e1rea da superf\u00edcie, voc\u00ea facilita a viagem dos \u00edons de um eletrodo a outro \u2014 o que aumenta a densidade de energia da bateria ou, em outras palavras, a velocidade com que ela carrega e descarrega.<\/p>\n
![\"\"](\"\/site\/userfiles\/bateria4(1).jpg\")
<\/p>\n
Imagem: Harvard. <\/p>\n
Cientistas est\u00e3o explorando maneiras para fabricar estas pequenas maravilhas. Em 2013, uma equipe de Harvard usou uma impressora 3D para obter a precis\u00e3o extrema necess\u00e1ria para entrela\u00e7ar \u00e2nodos e c\u00e1todos em escala nanom\u00e9trica usando uma \u201ctinta\u201d de l\u00edtio. <\/p>\n
E, mais recentemente, uma equipe da Universidade de Illinois publicou um artigo mostrando como eles usaram uma t\u00e9cnica chamada de litografia hologr\u00e1fica para fazer uma bateria 3D. Nela, feixes \u00f3pticos superprecisos s\u00e3o usados para criar uma estrutura 3D \u2014 nesse caso, os eletrodos \u2014 usando um material fotossens\u00edvel (pense nele como um negativo tridimensional n\u00e3o exposto), que por sua vez funciona como a pr\u00f3pria bateria. <\/p>\n
Por que isso \u00e9 melhor do que a impress\u00e3o 3D? Bem, por um lado, a litografia hologr\u00e1fica n\u00e3o \u00e9 t\u00e3o nova quanto a impress\u00e3o 3D, por isso pode ser mais promissora quando se trata de produ\u00e7\u00e3o em larga escala.<\/p>\n
![\"\"](\"\/site\/userfiles\/bateria5.png\")
<\/p>\n
No entanto, como todas as baterias, h\u00e1 um dilema aqui entre densidade de pot\u00eancia (a velocidade que uma bateria produz energia) e a densidade de energia (a capacidade geral de uma bateria), como explica o Gizmag em um post sobre a pesquisa. \u00c9 dif\u00edcil ser bom em ambas as coisas, mas \u00e9 exatamente isso que a equipe de Illinois est\u00e1 tentando fazer. Se tiverem sucesso na comercializa\u00e7\u00e3o de sua tecnologia, isso pode ser grande. Novamente, isso \u00e9 um enorme \u201cse\u201d. <\/p>\n
William King, professor da Universidade de Illinois e um dos autores do estudo, disse ao Gizmodo por e-mail que o grande obst\u00e1culo, agora, \u00e9 descobrir como transformar isso em uma tecnologia comercial. \u201cDesde que nosso primeiro artigo sobre esta tecnologia foi publicado, n\u00f3s conseguimos quase triplicar a densidade de energia da bateria, utilizando novos materiais, de energia mais alta\u201d, disse ele. Ainda assim, \u201co principal desafio \u00e9 a fabrica\u00e7\u00e3o em larga escala, que \u00e9 nossa principal preocupa\u00e7\u00e3o no momento\u201d. <\/p>\n
O que est\u00e1 acontecendo l\u00e1 dentro?
\nUm dos problemas com a replica\u00e7\u00e3o de uma descoberta em laborat\u00f3rio \u00e9 que, muitas vezes, n\u00f3s realmente n\u00e3o sabemos o que est\u00e1 acontecendo dentro da bateria. Isso parece simples, mas \u00e9 um desafio enorme e, sem d\u00favida, o maior obst\u00e1culo para a inova\u00e7\u00e3o neste assunto: n\u00f3s n\u00e3o podemos observar de fato o que est\u00e1 acontecendo em n\u00edvel molecular. \u00c9 por isso que tantos avan\u00e7os em baterias parecem ser acidentais ou inexplic\u00e1veis \u2014 e por isso eles caem por terra quando seus inventores n\u00e3o conseguem reproduzir os mesmos efeitos de maneira controlada. <\/p>\n
Eu falei com um pesquisador que n\u00e3o est\u00e1 se concentrando na constru\u00e7\u00e3o de baterias \u2014 ele est\u00e1 focando em ver dentro delas. Michael Toney, do laborat\u00f3rio do Centro de Acelera\u00e7\u00e3o Linear de Stanford, est\u00e1 desbravando o caminho para observar o que est\u00e1 acontecendo dentro de uma bateria sem ter que quebr\u00e1-la para ver ou perturbar o processo. <\/p>\n
Toney e seus colegas est\u00e3o usando imagiologia espectrosc\u00f3pica e raios-X de nanoescala para entender exatamente o que est\u00e1 acontecendo dentro de, digamos, uma bateria de \u00edon-l\u00edtio quando ela est\u00e1 carregando. Como Toney me disse, o objetivo final \u00e9 ser capaz de ver o que est\u00e1 acontecendo em um n\u00edvel at\u00f4mico. Por enquanto, por\u00e9m, sua equipe conseguiu visualizar os processos qu\u00edmicos para, por exemplo, determinar como um \u00e2nodo pode estar perdendo sua tens\u00e3o, ou visualizar uma perda gradual de energia ao longo do tempo. <\/p>\n
Finalmente, Toney diz que a mesma tecnologia poderia levar a um software que pode realisticamente dizer como sua bateria est\u00e1 funcionando \u2014 n\u00e3o apenas deduzindo, como faz neste momento a barrinha do seu celular ou do seu computador. <\/p>\n
Mas isso \u00e9 caf\u00e9 pequeno se comparado a poder ver como as baterias realmente funcionam. Porque a coisa mais estranha sobre a corrida para construir uma bateria que pode substituir os combust\u00edveis f\u00f3sseis n\u00e3o \u00e9 apenas que h\u00e1 muitos candidatos \u2014 \u00e9 saber por que eles vencem ou perdem esta batalha. <\/p>\n
Enquanto n\u00f3s queremos que uma bateria inovadora seja simples e bem-sucedida, cada vez mais parece que chegaremos a isto por uma longa pesquisa incremental, que ver\u00e1 muitos sucessos e fracassos at\u00e9 poder dizer que est\u00e1 conclu\u00edda. N\u00e3o espere que isso acabe logo; nem come\u00e7amos direito ainda.<\/p>\n
Autor: GizModo<\/b><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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