Uma equipe de pesquisa liderada por Lynden Archer, professor e reitor da Cornell Engineering, desenvolveu uma nova bateria de lítio que pode ser carregada em apenas cinco minutos. Isto poderia ajudar a resolver a ansiedade associada ao tempo de carregamento dos veículos eléctricos (VE) e aumentar a sua adopção.
Na sua tentativa de reduzir as emissões provenientes dos transportes, países de todo o mundo procuram electrificar vários modos de transporte. Os transportes rodoviários, como automóveis, autocarros e camiões, lideraram esta transformação, com o objectivo de proibir até a venda de automóveis movidos a combustíveis fósseis na próxima década.
Com os avanços tecnológicos, o carregador comercial mais rápido pode carregar um VE em pelo menos 30 minutos. Embora isto possa ser uma grande melhoria em relação aos ciclos de carga de 8 horas de um carregador doméstico típico, ainda precisa de ser melhorado para a adopção em larga escala de VEs.
“Se você pode carregar uma bateria de EV em cinco minutos, não precisa de uma bateria grande o suficiente para um alcance de 300 milhas”, disse Archer em um comunicado à imprensa. “Você pode se contentar com menos, o que poderia reduzir o custo dos VEs, permitindo uma adoção mais ampla”.
Mudança na abordagem
A equipe de Archer já trabalhou anteriormente no problema de carregamento de baterias de íons de lítio. No entanto, a abordagem da equipe concentrou-se no movimento de íons em eletrólitos e na sua cristalização em ânodos metálicos. A equipe utilizou sua experiência nesses processos para fabricar ânodos mais seguros que oferecem armazenamento de longo prazo.
Para conceber uma bateria de carregamento mais rápido, a equipe adotou uma nova abordagem, concentrando-se na cinética das reações eletroquímicas. Eles analisaram atentamente um conceito chamado número de Damköhler, que mede a taxa de reação e a taxa na qual o material é transportado para um local de reação.
A equipe procurou especificamente materiais com números Damköhler baixos, que tenham taxas de transporte rápidas, e descobriu que um metal macio chamado índio poderia ser usado.
Baterias que carregam em cinco minutos
O índio é usado comercialmente como solda de baixa temperatura para produzir óxido de índio e estanho, um material de revestimento para painéis solares e telas sensíveis ao toque. Os pesquisadores descobriram que o metal tem uma barreira de energia de migração muito baixa, o que pode ajudar a definir a taxa de difusão de íons. Também possui uma boa densidade de corrente de troca, que é a taxa de redução de íons no ânodo. Uma combinação de ambos os fatores resulta em carregamento rápido e armazenamento de longa duração.
“A principal inovação é que descobrimos um princípio de design que permite que os íons metálicos no ânodo da bateria se movam livremente, encontrem a configuração correta e só então participem da reação de armazenamento de carga”, acrescentou Archer. “O resultado final é que, em cada ciclo de carregamento, o eletrodo está em um estado morfológico estável. É precisamente o que dá às nossas novas baterias de carregamento rápido a capacidade de carregar e descarregar repetidamente ao longo de milhares de ciclos.”
O pesquisador sugere que combinar a tecnologia com carregadores sem fio baseados em indução pode ajudar a reduzir o tamanho das baterias necessárias nos veículos, reduzindo também os custos.
No entanto, há também um obstáculo a superar. O índio é muito pesado e pode não ser adequado para fazer baterias. A equipe está agora trabalhando na descoberta de outros materiais leves que possam desempenhar a mesma função do índio.
A pesquisa foi publicada na revista Joule este mês.
Fonte: Interesting Engineering.
Imagem de Paul Brennan por Pixabay