Por que a indústria ainda usa baterias de íons de lítio como padrão? Veja possíveis alternativas
Créditos: IG Tecnologia

Por que a indústria ainda usa baterias de íons de lítio como padrão? Veja possíveis alternativas

Pesquisas procuram por tecnologia que possa substituir os atuais modelos usados

Leitura Rápida

  • Atualmente, todos os dispositivos que possuem uma bateria, possuem o modelo de íon-lítio
  • Até o momento, nenhuma outra pesquisa se mostrou tão eficiente quanto essa opção, para poder substituídos
  • Apesar disso, parece que as pesquisas estão cada vez mais avançadas e novos modelos mais vantajosos estão começando a ser fabricados
  • O principal objetivo é equilibrar o preço de fabricação com a eficiência que a bateria apresenta

Os dispositivos móveis estão cada vez mais inseridos no dia a dia das pessoas. Um dos grandes problemas enfrentados pelos usuários está no tempo de autonomia de cada aparelho. Um smartphone, geralmente, oferece um dia de uso intenso, no máximo dois. Drones possuem minutos de autonomia, notebooks, poucas horas. Mas, por que a indústria não investe em uma solução melhor? Por que todos esses aparelhos usam baterias de íons de lítio? Esse é o melhor modelo? Quais são as outras opções? 

Para iniciar, precisamos saber que os aparelhos eletrônicos, em sua maioria, usam baterias de íons de lítio. Esse modelo começou a ser usado em 1991 pela Sony, e se tornou padrão na indústria posteriormente.

Essa tecnologia oferece grandes vantagens, como ser recarregável e não possuir memória. Isso indica que, mesmo que os dispositivos não sejam carregados até 100%, eles não vão "viciar". Ela também possui grande eficiência energética e boa densidade. Alguns pontos negativos, porém, são sua grande instabilidade, além de possuir materiais caros e de difícil extração. 

A substituição desse modelo tem sido estudada há anos. O que está sendo pesquisado pelos cientistas é um modelo tão eficiente quanto, ou ainda melhor, com materiais mais baratos, seguros e também mais ecológicos. Algumas opções são baterias de lítio-enxofre, íons de sódio, grafeno, zinco e oxigênio, cálcio, entre outras. Até o momento todos esses modelos estão em suas fases de pesquisas, algumas mais avançadas que outras, mas ainda não saíram do papel.


Baterias de íon de lítio

As baterias de íons de lítio são amplamente usadas hoje em dia. Algumas de suas aplicações são: smartphones, notebooks, tablets, smartwatches, drones, carros elétricos e muitos outros aparelhos eletrônicos. Ela é a preferida da indústria por já ser uma tecnologia consolidada, com eficiência comprovada. 

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Ela oferece um bom balanço entre densidade, baixo peso, troca de energia e eficiência energética. Uma bateria de íons de lítio é capaz de armazenar 150 watts hora em um quilo de bateria. Quanto maior o tamanho desse componente, maior a sua capacidade.

A bateria de íons de lítio é a usada como padrão na indústria por apresentar melhor balanço entre: preço, densidade, baixo peso, eficiência e troca de energia

 

Apesar disso, há grandes desvantagens. Vários incidentes ocorrem com esse modelo de bateria, podendo acarretar em sérios danos para os usuários. Ela é extremamente instável e sensível. Pequenas perfurações, estufamentos e/ou uma sobrecarga, podem fazer com que ela exploda. Isso porque o material é altamente inflamável. Diversos dispositivos já registraram esse incidente, sendo que o Galaxy Note 7 teve um problema histórico com isso. Apesar de tecnologias serem usadas para evitar esse problema, ainda é um risco desse modelo.

Outro grande motivo para ela precisar ser substituída são os materiais usados. O modelo de extração desses componentes é difícil, o que expõe muitos trabalhadores a condições sub-humanas. Além do descarte desses materiais ser muito poluente e perigoso se enviados a lugares impróprios. 

Muitas universidades estão pesquisando possíveis substitutos para essa tecnologia. O grande desafio é entregar um modelo que o supere. Isso porque não seria economicamente viável para indústria fazer essa substituição sem a certeza que o modelo é realmente melhor. 

Para isso, é necessário fazer testes. Os novos modelos devem ser amplamente provados, mostrando para a indústria que a substituição será realmente eficiente. Também é necessário que tenham fornecedores para a produção em massa dos dispositivos. A tecnologia precisa existir, provar sua eficiência e fabricantes precisam conseguir enviar produtos com a nova tecnologia.


Outros modelos com lítio mais eficientes

É possível usar materiais semelhantes e obter um resultado diferente. É isso que os pesquisadores procuram fazer com os modelos de bateria que levam lítio, mas que alteram alguns componentes. O primeiro exemplo pode ser as de lítio-enxofre, ou Li-S. 

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O principal benefício é que esses modelos usam o enxofre, que é um material mais abundante e barato. O desempenho geral é muito semelhante aos modelos de íons de lítio, com alguns desempenhos melhores que os modelos atuais. Eles apresentam uma densidade parecida, assim como um baixo peso. 

O destaque está na eficiência energética. Segundo alguns testes laboratoriais, as baterias com enxofre conseguem um desempenho até cinco vezes melhor que os modelos de íon de lítio. Enquanto as baterias tradicionais conseguem manter um smartphone ativo por um dia inteiro, as com enxofre prometem até cinco dias. 

Baterias de Lítio-Enxofre apresentam maior eficiência energética  e materiais mais baratos

Outro bom uso para esse estilo de bateria é em veículos elétricos. Segundo os testes, com a mesma área de modelos de íons de lítio, o enxofre consegue dar autonomia de até 1.000km. Para comparar, um carro elétrico de luxo, como um Tesla Model Y, consegue rodar cerca de 500km, sem precisar reabastecer. Isso significa que esse novo modelo pode dobrar a capacidade. 

Outra grande vantagem é que esse modelo já está sendo estudado e deve ser adotado por uma fábrica em breve. Isso pode acelerar os modelos de produção, testes e investimentos dessa tecnologia. A Oxis Energy já confirmou que está investindo no modelo, com a primeira fábrica sendo programada para estar pronta em 2023. Essa primeira unidade será brasileira, instalada em Juiz de Fora, MG

Outra opção é o modelo com lítio oxigênio, desenvolvido por pesquisadores do MIT (Massachusetts Institute of Technology). Elas são chamadas de "baterias a ar" e já foram apresentados outros modelos, como as de ar-lítio, ar-ferro e ar-silício. Resumidamente, essas baterias capturam o oxigênio atmosférico, gerando uma reação química em seu interior no ciclo de descarregamento e liberam o oxigênio de volta na hora do recarregamento.

O grande problema enfrentado pelos pesquisadores está no desperdício de calor que esses modelos apresentam, além da vida útil encurtada, comparado com os modelos de íons de lítio. Na teoria, esses modelos são extremamente mais eficientes que os atuais. Contudo, na prática, acabam sendo menos duráveis e enfrentando diversos problemas.


Baterias de grafeno

As baterias de grafeno são a grande promessa da indústria. O principal motivo são os benefícios que esse material oferece. Ele é considerado o composto mais forte, leve e um dos melhores condutores de eletricidade já encontrados. Ele já está sendo testado para ser usado em baterias comerciais, sendo amplamente investido pela empresa Real Graphene. 

Entre os benefícios estão baterias menores, mais leves e finas com uma capacidade tão grande, ou até maior, do que os modelos de íons de lítio. Pela característica da alta condutibilidade de eletricidade, testes da Real Graphene mostram que a mesma capacidade de bateria de íons de lítio padrão que levam 90 minutos para carregar, nas opções com grafeno esse tempo é reduzido para 20 minutos.

As pesquisas já mostram como esse material poderia revolucionar a indústria. Mas, como todos os produtos, há uma desvantagem. O grafeno é um material com cadeias cristalinas de carbono, com características semelhantes ao diamante. Assim como a pedra preciosa, o material é extremamente caro. O seu preço inviabiliza o seu amplo uso. 

O Grafeno é comprovadamente um material melhor. Ele pode deixar as baterias mais leves, menores e mais eficientes. Contudo, é um material extremamente caro

O valor médio de uma folha de grafeno é de US$ 25. Como já mencionado, esse material é extremamente fino e leve, portanto essa folha é bastante fina. 1kg de grafeno é estimado em cerca de US$ 300.000 (mais de um milhão e meio de reais). 

Isso faz com que os pesquisadores busquem alternativas para o uso do grafeno. A principal delas é não usá-lo de forma pura, mas sim combinado a outros materiais mais baratos, mas com o grafeno equipando pontos chave da bateria. 

O modelo proposto pela Real Graphene ainda mantém o lítio. O grafeno entra na bateria apenas em um eletrodo, que é coberto pelo material. Nos modelos atuais, quem cumpre esse papel é o grafite. Isso faria com que o preço não fosse muito alterado, devido a quantidade baixa usada. Mas, ainda assim, haveria um encarecimento no preço. Alguns modelos de baterias portáteis já são comercializadas pela empresa


Modelos alternativos

Como já visto, todos os modelos até agora, de alguma forma, se apoiam no lítio para compor as baterias. Há ainda outros formatos de bateria sendo estudados por vários cientistas. Um exemplo são de íons de sódio. Essa opção está sendo proposta pelos pesquisadores da Universidade Estadual de Washington e do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico, nos EUA.

03/06/2020 às 19:47
Notícia

Bateria de íons de sódio é aprimorada e pode substituir as de...

O protótipo oferece o mesmo desempenho, com materiais mais simples e baratos

O principal ponto para esse modelo é a economia. Diferente do grafeno, por exemplo, ele usa materiais abundantes da crosta terrestre. Isso faz com que a extração seja barata, além de danificar menos o meio ambiente. As pesquisas usando esse modelo parecem promissoras, mas ainda há alguns pontos que devem ser alterados.

Sempre há um motivo para a indústria ainda não investir nesses modelos. No caso do íon de sódio, os modelos apresentados não conseguiam armazenar tanta energia quanto as baterias de íons de lítio e apresentavam problemas na recarga. No início de junho a equipe responsável pela pesquisa emitiu um comunicado mostrando que tinha conseguido aprimorar o processo. Ainda assim, para o início de produção em massa, leva um certo tempo. 

Baterias de íons de sódio podem ser uma opção mais econômicas. Isso porque são usados materiais abundantes da crosta terrestre

 

Outro modelo explorado são as baterias de zinco. Assim como as de íons de sódio, elas também são mais baratas, pelos mesmos motivos. Outra vantagem importante é que elas não são inflamáveis, o que indica que elas não explodem ou pegam fogo.

A sua capacidade é semelhante, mas um ponto importante é que elas não são tão duráveis quanto as de lítio. Em poucas centenas de carga o material se desgasta, não apresentando o mesmo desempenho. Isso faz com que as pesquisas ainda precisem ser aprimoradas, para que elas possam ser utilizadas no futuro.


Por que essas pesquisas não são aplicadas?

Em geral, todos os modelos apresentados não conseguem ser superiores aos de íons de lítio em algum aspecto. Seja ele pelo preço, durabilidade, eficiência ou capacidade energética. Há diversas empresas interessadas em trocar o processo de íons de lítio, mas, para isso, o novo modelo deve ser totalmente eficiente.

Em geral, todos os modelos apresentados não conseguem ser superiores aos de íons de lítio em algum aspecto. Seja ele pelo preço, durabilidade, eficiência ou capacidade energética.

 

Mesmo que algumas pesquisas indiquem a superioridade de diferentes materiais, o custo é uma parte importante do processo. Trocando baterias de íons de lítio, por grafeno, por exemplo, o custo final teria um aumento significativo. No momento, os maiores investimentos ficam em outros componentes do dispositivo, economizando em vários outros aspectos. A bateria é um deles.

É esperado que esses processos evoluam, a ponto de poder ser introduzido no mercado como uma nova opção. Caso algumas fabricantes tenham interesse em um novo componente para a bateria, esses modelos estejam disponíveis. 


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Via: TechExplorist Fonte: Publishing, UEL, BatteryUnivesity, SecPower
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Ana Luiza Pedroso

Ana Luíza é técnica em informática formada pelo Instituto Federal de Santa Catarina (IFSC) e graduanda de Jornalismo pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Compõe o quadro de estagiários do Adrenaline e Mundo Conectado desde 2018, publicando notícias. Aprende muito todos os dias sobre o universo de hardware, games e tecnologia.

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