Baterias de lítio, fonte de esperança

Publicado em 11 de Abril de 2012 |

As baterias são um componente fundamental dos veículos eléctricos. O sucesso da mobilidade eléctrica está intimamente ligado ao sucesso e evolução da tecnologia das baterias.

Em Hannover, ainda este mês, investigadores do Fraunhofer Institute vão apresentar no Hannover Messe novas baterias de iões de lítio com propriedades melhoradas: possibilitam carregamento rápido, resistentes à pressão, flexíveis e arrefecidas de forma mais eficiente.

O futuro pertence aos veículos eléctricos. Os investigadores e espertos na matéria estão também convencidos disso, mas existem alguns desafios a ser ultrapassados antes que o leve zumbido dos carros eléctricos possa substituir os carros com motor a combustão. As baterias devem ser seguras, fiáveis e a um preço competitivo.

Esperam-se desenvolvimentos grandes nas baterias de lítio nos próximos tempos. Estas baterias não são só usadas nos veículos eléctricos, daí que todos os desenvolvimentos poderão resultar em avanços em muitas áreas.

Carregamento rápido e descargas
Embora as baterias de lítio possam armazenar grandes quantidades de energia, elas levam algum tempo a carregar. São também as baterias que proporcionam a maior densidade de energia. Os super-condensadores, por seu lado, podem armazenar rapidamente energia, mas a sua densidade de energia é baixa. Os investigadores do Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC em Würzburg, estão a trabalhar numa modelo de bateria que combina as melhores propriedades das baterias de lítio com as dos super-condensadores. Os desenvolvimentos poderão levar a que surjam no mercado baterias que se possam carregar muitas mais vezes e rapidamente do que as baterias normais.

Arrefecimento eficiente e maior longevidade.
Apenas alguns graus de temperatura podem fazer uma grande diferença em relação às baterias de iões de lítio. Por ex 10 graus a mais na temperatura de utilização podem diminuir a autonomia para metade. Assim, quanto mais eficientes os sistemas de gestão da temperatura melhores resultados se conseguirão. Investigadores do Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE em Freiburg estão já a optimizar o desenvolvimento de um sistema de baterias eficientemente arrefecido. O sistema consiste em 12 células de baterias de lítio com placas a arrefecer cada uma das células com um líquido para arrefecimento. A forma de cada uma das placas e células foi correctamente optimizado. O resultado é excelente, pois cada uma das placas de arrefecimento, proporciona uma distribuição correcta e homogénea da temperatura dentro do módulo da bateria, conseguindo gerir as subidas de temperatura mesmo quando submetido a cargas mais elevadas. O sistema de gestão proporciona também informação importante para a unidade de controlo. Algoritmos complexos baseados em filtros de partículas estocásticos são utilizados no modelo de gestão.

Por outro lado, investigadores do Fraunhofer Institute for Chemical Technology ICT em Pfinztal dedicam-se ao arrefecimento a ar. Eles empilharam as células de lítio individuais em cima umas das outras, separadas por umas tiras estreitas de espuma de polímero. Um ventilador é usado para fazer circular o ar. Este modelo proporciona dois benefícios: por um lado criam canais por onde o ar pode fluir e o calor removido, por outro lado a configuração com as células empilhadas proporcionam uma configuração flexível e estável. Os elementos adicionais para o arrefecimento não proporcionam um peso considerável, sendo indicadas para a utilização na indústria automóvel.

Baterias flexíveis
As baterias normalmente são rígidas e inamovíveis. Existem contudo necessidades na industria que não obedecem a estas características. Cientistas do Fraunhofer Institute for Silicon Technology ISIT em Itzehoe desenvolveram a primeira bateria de iões de lítio flexível: a bateria pode dobrar e torcer. Para conseguirem isto foram usados eléctrodos muito finos e materiais que combinam com o plástico.

Resistente a pressões elevadas
Também debaixo de água surgem as necessidades de utilização das baterias, principalmente a profundidades elevadas. Investigadores do ISIT conseguiram construir uma bateria que aguenta pressões de 600bar. 600 bar representa 600 vezes mais pressão do que a atmosférica! Existem várias abordagens para conseguir este tipo de resistências, estando os materiais e desenho das mesmas intimamente ligados a estas características.

Maior segurança
A segurança é um critério importante nas baterias. As baterias não podem em situação alguma entrar em curto-circuito. Os curto-circuitos poderão acontecer se os eléctrodos entram em contacto uns com os outros. As camadas de separação entre os mesmos são por isso fundamentais em garantir este isolamento. Contudo, em algumas circunstâncias as características dos materiais podem alterar-se e os acidentes podem acontecer. No futuro, electrólitos mais evoluídos poderão também evitar os curto-circuitos. Estruturas não inflamáveis poderão proporcionar segurança adicional.

Investigadores do ICT Battery Testing Center estão a trabalhar na segurança de diversos tipos de baterias.

Assim, espera-se que a curto prazo estas tecnologias, aliadas ao aumento de produção de baterias possam proporcionar baterias mais seguras, eficientes e a um custo razoável.

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