Atualmente, há várias abordagens para resolver o problema da autonomia dos carros elétricos. Baterias com maior capacidade, moderação nos consumos e ciclos de carregamento mais rápidos e mais frequentes. Nesse sentido, uma equipa de investigadores americanos criou uma bateria que pode ser parcialmente recarregada em apenas 10 minutos.
Este novo dispositivo poderia ser uma solução para carros elétricos com pouca autonomia e que muitas vezes têm que parar a meio de longas viagens para se abastecer de eletricidade.
Investigadores desenvolveram uma bateria de iões de lítio que é carregada a uma temperatura elevada para aumentar a velocidade de reação. Contudo, a tecnologia empregue mantém também a célula fria durante a descarga. Como resultado, mostraram que é possível com 10 minutos de carga adicionar 300 quilómetros de autonomia a um carro elétrico.
Os cientistas reconheceram a necessidade de projetar baterias de veículos elétricos capazes de serem carregadas com extrema rapidez. No entanto, uma velocidade de carregamento tão rápida exigiria que a bateria absorvesse rapidamente 400 quilowatts de energia. Este é um feito que os veículos de hoje não conseguem alcançar.
De acordo com a investigação, quando se consegue que uma bateria de iões de lítio alcance 400 quilowatt de energia de forma rápida, forma-se uma camada de lítio metálico à volta do elétrodo ânodo. Esta camada poderá levar a uma deterioração grave no funcionamento da bateria.
Estrutura em níquel
Enquanto as baterias de lítio convencionais são carregadas e descarregadas na mesma temperatura, os investigadores descobriram que era possível contornar o problema do revestimento de lítio. Assim, conseguiram carregar a bateria a uma temperatura elevada de 60 graus Celsius durante alguns minutos. Posteriormente, a bateria foi descarregada a temperaturas mais frias.
Além do carregamento rápido, este projeto permite-nos limitar o tempo a que bateria é exposta à alta temperatura de carga, resultando numa vida útil muito longa. A chave é o aquecimento rápido; caso contrário, a bateria será mantida em temperaturas elevadas durante muito tempo, causando grave degradação.
Explicou o autor Chao-Yang Wang, engenheiro mecânico da Universidade Estadual da Pensilvânia.
Esquema da bateria inventada pela equipa de Wang – Chao-Yang Wang Group
Para encurtar o tempo de aquecimento e levar toda a bateria a uma temperatura uniforme, os investigadores equiparam uma bateria de iões de lítio com uma estrutura de níquel que pré-aquece em menos de 30 segundos.
Para testar o seu modelo, a equipa fez vários testes com temperaturas entre os 40 e os 60 °C. Também usaram várias estratégias de arrefecimento para manter constantes as temperaturas de carregamento. Para confirmar que não se deu o tal revestimento de lítio, descarregaram totalmente as células e abriram as baterias para as analisar.
Aquecer a bateria a 60ºC
A equipa de Wang descobriu que as baterias pré-aquecidas a 60 graus Celsius poderiam sustentar o processo de carregamento extremamente rápido em cerca de 1700 ciclos, enquanto a célula de controlo só poderia manter o ritmo durante 60 ciclos. A uma temperatura de carga média entre 49 e 60 graus Celsius, a investigação não revelou nenhum revestimento de lítio.
Demonstrámos que conseguimos carregar um veículo elétrico em dez minutos para percursos entre as 200 e as 300 milhas (cerca de 322 a 483 quilómetros).
No entanto, nesses dez minutos atingi-se uma carga de 80% da capacidade da bateria sem se causar qualquer dano. Segundo a informação disponível, a equipa conseguiu repetir o processo de carga 2500 vezes. Com isso, conseguiu provar ser possível gerar uma autonomia equivalente a 500 mil milhas (cerca de 805 mil quilómetros), mas 20% da bateria acabava por ficar degradada.
Quando chegará ao mercado e que preço?
Chao-Yang Wang sugere que estas baterias cheguem ao mercado nos próximos dois ou três anos. Mas dependerá ainda de vários testes em veículos. Quanto ao preço, será quase o mesmo do de uma bateria de iões de lítio convencional. Nesse ponto já será o mercado a ditar e tudo depende de fabricante para fabricante e do volume.
Relativamente às baterias de iões de lítio, esta bateria custará apenas mais 0,4%.
Concluiu o investigador.
Os resultados foram publicados esta quarta-feira na revista “Joule“.