Nova bateria pode revolucionar o mercado dos carros elétricos: cientistas utilizam materiais que reduzem custo em até 40%

O desenvolvimento de baterias elétricas tem sido galopante e frequentemente surgem notícias de descobertas de cientistas que despertam entusiasmo: uma equipa de investigação multi-institucional liderada por Hailong Chen, da Georgia Tech (Estados Unidos), desenvolveu um novo cátodo de baixo custo que poderá melhorar radicalmente as baterias de iões de lítio (LIB) – potencialmente transformando o mercado de veículos elétricos (EV) e os sistemas de armazenamento de energia em grande escala.

“Há muito tempo que as pessoas procuram uma alternativa mais barata e mais sustentável aos materiais catódicos existentes. Penso que temos uma”, referiu o professor associado Hailong Chen.

O material revolucionário, o cloreto de ferro, custa apenas entre 1 e 2% dos materiais catódicos típicos e pode armazenar a mesma quantidade de eletricidade. Recorde-se que os materiais catódicos afetam a capacidade, a energia e a eficiência, desempenhando um papel importante no desempenho, na vida útil e na acessibilidade de uma bateria. “O nosso cátodo pode mudar o jogo”, sustentou o especialista, cujo trabalho foi publicado na revista ‘Nature Sustainability’. “Isto melhoraria muito o mercado dos EV – e todo o mercado das baterias de iões de lítio.”

Comercializados pela primeira vez pela Sony no início da década de 1990, as LIB provocaram uma explosão na eletrónica pessoal, desde smartphones a tablets. A tecnologia acabou por avançar para abastecer EV, fornecendo uma fonte de energia fiável, recarregável e de alta densidade. Mas, ao contrário dos produtos eletrónicos pessoais, os utilizadores de energia em grande escala, como os EV, são especialmente sensíveis ao custo dos LIB.

As baterias são atualmente responsáveis ​​por cerca de 50% do custo total de um EV, o que atira os preços dos carros amigos do ambiente mais caros do que os ‘primos’ de combustão interna – no entanto, o trabalho de Chen poderá inverter as regras do jogo.

Construir uma bateria melhor

Em comparação com as antigas baterias alcalinas e de chumbo-ácido, as LIB armazenam mais energia num pacote mais pequeno e alimentam um dispositivo durante mais tempo entre carregamentos. Mas contêm metais caros, incluindo elementos semi-preciosos como o cobalto e o níquel, e têm um custo de fabrico elevado.

Até ao momento, apenas quatro tipos de cátodos foram comercializados com sucesso para as LIB. A de Chen seria a quinta e representaria um grande avanço na tecnologia das baterias: o desenvolvimento de uma LIB totalmente em estado sólido.

As LIB convencionais utilizam eletrólitos líquidos para transportar iões de lítio para armazenar e libertar energia. No entanto, têm limites rígidos sobre a quantidade de energia que pode ser armazenada, além dos riscos de fugas e incêndios. Mas as LIB totalmente em estado sólido utilizam eletrólitos sólidos, aumentando drasticamente a eficiência e a fiabilidade da bateria, tornando-a mais segura e capaz de reter mais energia. Estas baterias, ainda em fase de desenvolvimento e testes, representariam uma melhoria considerável.

Enquanto investigadores e fabricantes de todo o planeta se apressam a tornar prática a tecnologia totalmente em estado sólido, Chen e os seus colaboradores desenvolveram uma solução acessível e sustentável: com o cátodo FeCl 3, um eletrólito sólido e um ânodo metálico de lítio, o custo de todo o sistema de baterias é de entre 30 e 40% das LIB atuais.

“Isto poderá não só tornar os EV muito mais baratos do que os carros de combustão interna, mas também proporcionar uma forma nova e promissora de armazenamento de energia em grande escala, aumentando a resiliência da rede elétrica”, referiu Chen. “Além disso, o nosso cátodo melhoraria muito a sustentabilidade e a estabilidade da cadeia de abastecimento do mercado de EV.”

Atualmente, os cátodos mais utilizados nos EV são os óxidos e requerem uma quantidade gigantesca de níquel e cobalto, mais dispendiosos, elementos pesados ​​que podem ser tóxicos e representar um desafio ambiental. Em contraste, o cátodo da equipa de Chen contém apenas ferro e cloro – elementos abundantes, acessíveis e amplamente utilizados.

Esta tecnologia pode estar a menos de cinco anos de ser comercialmente viável nos EV. Por enquanto, a equipa continuará a investigar o FeCl 3 e materiais relacionados, de acordo com Chen. “Queremos tornar os materiais o mais perfeitos possível no laboratório e compreender os mecanismos de funcionamento subjacentes”, conclui. “Mas estamos abertos a oportunidades para ampliar a tecnologia e empurrá-la para aplicações comerciais.”