Energia portátil

Seja uma lanterna ou um Tesla: não funcionam sem uma bateria. Mas qual é a tecnologia de baterias do futuro? Os investigadores de todo o mundo estão à procura de novas soluções.

Na mobilidade elétrica, não há nada sem elas: baterias. Fornecem eletricidade para inúmeros veículos e aplicações consideradas fascinantes precisamente porque não precisam de estar sempre ligadas a uma tomada elétrica. No entanto, embora a tecnologia tenha feito grandes progressos nas últimas décadas, as baterias ainda parecem um pouco antiquadas em comparação com a eletrónica de alta tecnologia de última geração. Por exemplo, o microprocessador de um smartphone é capaz de realizar mil milhões de operações em segundos. No entanto, carregar a bateria demora horas. Além disso, as baterias são os componentes instalados mais pesados. Os consumidores podem achar isto irritante, mas é simplesmente natural que os dispositivos de armazenamento de energia e as reações químicas no seu interior não possam ser miniaturizados na mesma medida que é habitual na indústria dos semicondutores. No nosso dia a dia, encontramos vários tipos de bateria diferentes:

• Baterias alcalinas baratas, por exemplo em comandos e relógios
• Baterias de níquel-cádmio, com usos semelhantes aos das baterias alcalinas, mas recarregáveis
• Baterias de iões de lítio, por exemplo em máquinas fotográficas, berbequins e carros elétricos
• Baterias de polímero de lítio, por exemplo em smartphones e tablets. As baterias de polímero de lítio são um tipo especial de bateria de iões de lítio que pode ser construída de forma muito plana, uma vez que é utilizado um eletrólito de gel em vez de um eletrólito líquido. No entanto, são mais sensíveis do que as baterias de iões de lítio.

Embora as baterias de lítio sejam hoje o padrão de excelência, estas possuem determinados inconvenientes que não podem ser ignorados. A maioria das pessoas já viu imagens de smartphones ou carros elétricos cujas baterias se incendiaram ou até explodiram — um cenário de horror. É por isto que investigadores em todo o mundo estão à procura de novos tipos de bateria e tecnologias. O objetivo: reduzir o tamanho, o peso, o tempo de carregamento e o preço, aumentando ao mesmo tempo a sua segurança. Além disso, os elementos de lítio e cobalto (os principais componentes de muitas baterias) não estão disponíveis em quantidades ilimitadas.

As baterias de magnésio poderiam ser um potencial sucessor. Esta tecnologia está no centro de um projeto de investigação do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT) e do Instituto Helmholtz, em Ulm. “Uma bateria de magnésio ofereceria vantagens decisivas sobre as baterias convencionais de iões de lítio”, escreve KIT num comunicado de imprensa. “Enquanto material anódico, o magnésio permite densidades de potência muito mais elevadas e seria muito mais seguro”. Outra vantagem: o magnésio é aproximadamente 3000 vezes mais comum do que o lítio e mais fácil de reciclar. “Se a Europa fizer bons progressos no desenvolvimento, então as baterias de magnésio também poderão ajudar a reduzir o domínio dos fabricantes de baterias asiáticos e estabelecer uma indústria de baterias competitiva na Europa,” escreve também KIT. Outro candidato para o que é conhecido como uma bateria de estado sólido é, surpreendentemente, o vidro. O sódio presente no vidro é um dos elementos mais comuns. Este tipo de baterias com um eletrólito de vidro especial é potencialmente capaz de ser carregado em minutos, ao mesmo tempo que oferece uma maior segurança do que as baterias de iões de lítio inflamáveis. No entanto, ainda vai demorar algum tempo até que tal tecnologia de baterias esteja pronta para o mercado e possa substituir as baterias de iões de lítio.

A maxon explora o mundo das baterias

Baterias fabricadas pelo especialista em acionamentos maxon? O que pode parecer um plano para o futuro já é uma realidade. A maxon começou a sua jornada no mundo do armazenamento de energia com o desenvolvimento do BIKEDRIVE, um kit de reequipamento que transforma uma bicicleta normal numa bicicleta elétrica. Após algumas dificuldades com o fornecedor de baterias, a maxon decidiu construir as suas próprias baterias. No entanto, isto é mais fácil de dizer do que fazer. Fabricar baterias requer criatividade de engenharia, conhecimentos tecnológicos e equipamento especializado. “Para nós, este é um campo relativamente novo, mas emocionante”, afirma Benny Keller do Departamento de Sistemas e Robótica Avançada da maxon (Marte).

Uma bateria é composta por várias células individuais que normalmente fornecem uma tensão de 3,7 V. Dependendo de como estas células individuais são ligadas, as baterias têm especificações diferentes. Se as células forem ligadas em série, a sua tensão é adicionada. A ligação das células em paralelo aumenta a capacidade da bateria. Criar uma combinação ideal deste tipo de células individuais requer competência e conhecimento técnico. “Além disso, existem várias normas de segurança que têm de ser cumpridas”, explica Benny Keller. Uma bateria não está terminada até as células terem sido coladas e ligadas de forma profissional. Também é necessário um sistema de gestão de baterias (BMS). Os sistemas eletrónicos são geralmente instalados numa placa de circuito impresso, na caixa da bateria. Os especialistas da maxon desenvolveram e produziram o seu próprio BMS. O BMS assegura que as células são carregadas e descarregadas uniformemente. Isto é essencial para a vida útil da bateria. Também existem aspetos de segurança num BMS. Por exemplo, previne que a bateria seja carregada ou sujeita a uma carga a temperaturas excessivamente baixas ou altas.

É evidente que, como principiante neste setor, a maxon não pode começar a produzir baterias em massa de um dia para o outro. Contudo, a oficina em Giswil está muito bem equipada para a produção de protótipos e de pequenas quantidades de produção. Para quantidades maiores, a maxon conta com a assistência de fabricantes de renome no sul da Alemanha. Naturalmente, as baterias maxon são concebidas para aplicações de mobilidade elétrica e robótica.