Carrega em segundos e dura 30 anos: uma ideia que tinha pó acumulado desde 1900

É uma invenção brilhante, criada pelo homem que iluminou o mundo e que ficou esquecida durante mais de um século. Em 1900, Thomas Edison acreditava que a bateria de níquel-ferro seria o futuro do transporte elétrico. Tinha razão. Só que o mundo não estava pronto para lhe dar razão.

Hoje, investigadores da UCLA ressuscitaram essa ideia com uma abordagem que mistura nanotecnologia, biologia e grafeno e o resultado é perturbador: uma bateria que carrega em segundos e que dura mais de 30 anos.

Era uma vez a bateria... em 1900!

Poucos sabem que, em 1900, os automóveis elétricos eram mais numerosos nas estradas americanas do que os movidos a gasolina. Na época, Thomas Edison acreditava que a bateria de níquel-ferro seria o futuro da mobilidade, com uma autonomia prometida de 160 quilómetros, longa durabilidade e tempos de recarga de sete horas, rápidos para os padrões da época.

Tal promessa nunca se concretizou, e os motores de combustão interna acabaram por dominar o século seguinte. Agora, mais de cem anos volvidos, uma equipa de investigação internacional co-liderada pela Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA) voltou a pegar nessa ideia e reinventou-a para os desafios do presente.

O resultado, publicado na revista científica Small, é uma bateria de níquel-ferro com características notáveis. Carrega em apenas segundos e completou mais de 12.000 ciclos de carga e descarga sem degradação significativa, o equivalente a mais de 30 anos de recargas diárias.

Inspiração na natureza

A chave desta inovação está numa abordagem inspirada na biologia. Os investigadores observaram como os animais formam ossos e como os crustáceos constroem as suas carapaças. Em ambos os casos, proteínas atuam como andaimes que guiam a deposição de minerais, resultando em estruturas ao mesmo tempo resistentes e flexíveis.

Seguindo este princípio, a equipa utilizou proteínas provenientes de subprodutos da produção bovina como moldes para criar minúsculos aglomerados de níquel e ferro, tão pequenos que seriam necessários entre 10.000 e 20.000 deles para igualar a largura de um cabelo humano.

Em alguns casos, os investigadores conseguiram mesmo detectar átomos individuais de ferro e níquel nos eletrodos.

Inspirámo-nos na forma como a natureza deposita estes materiais. A forma como é feito é quase tão importante quanto o próprio material.

Explicou Ric Kaner, professor de química e bioquímica na UCLA.

Simplicidade surpreendente

Os aglomerados metálicos foram depois combinados com óxido de grafeno, um material bidimensional formado por folhas de apenas um átomo de espessura.

A mistura foi sujeita a aquecimento sob pressão e depois a altas temperaturas, fazendo com que as proteínas carbonizassem e os metais ficassem ancorados numa estrutura de aerogel composta por quase 99% de ar.

O resultado é uma superfície de reação extraordinariamente vasta, fator decisivo para o desempenho de qualquer bateria. À medida que as partículas diminuem de tamanho, a sua superfície exposta cresce desproporcionalmente em relação ao volume, o que significa que quase cada átomo pode participar nas reações eletroquímicas.

Quando as partículas são assim tão pequenas, praticamente cada átomo individual pode participar na reação A carga e descarga acontecem muito mais rapidamente, é possível armazenar mais energia e a bateria funciona de forma muito mais eficiente.

Afirmou Maher El-Kady, co-autor do estudo e investigador no departamento de química e bioquímica da UCLA.

Imagem dos investigadores Ric Kaner e Maher El-Kady.

Para além do carro elétrico

Apesar das suas vantagens em velocidade de carga e durabilidade, esta bateria ainda não iguala a densidade energética das atuais baterias de iões de lítio. Isso significa que, por enquanto, não é a solução ideal para veículos elétricos onde a autonomia é prioritária.

No entanto, as suas características tornam-na muito promissora noutras aplicações. Os investigadores apontam, em particular, para o armazenamento de energia solar, onde as centrais fotovoltaicas produzem excedentes durante o dia que precisam de ser guardados para alimentar a rede elétrica durante a noite.

A velocidade de resposta e a longevidade da bateria tornam-na igualmente interessante para sistemas de alimentação de emergência em centros de dados.

Como esta tecnologia pode prolongar-se a vida útil das baterias por décadas, pode ser ideal para armazenar energias renováveis ou para assumir rapidamente o controlo quando há uma falha de energia.

Disse El-Kady.

A equipa está agora a explorar a utilização desta técnica com outros metais e a estudar alternativas às proteínas bovinas, como polímeros naturais mais abundantes e baratos, que possam facilitar a produção em escala industrial.

O sonho de Edison demorou mais de um século a encontrar o seu verdadeiro destino. Mas talvez a bateria de níquel-ferro não fosse, afinal, a resposta para o automóvel do passado e sim para a rede energética do futuro.