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Desde que os telefones celulares se tornaram populares, a importância das baterias elétricas recarregáveis vem crescendo de forma constante em todo o mundo. De acordo com a Wikipedia, em 2013, havia cerca de 6,8 bilhões de telefones celulares em uso globalmente (incluindo smartphones) e 97 em cada 100 pessoas no mundo possuíam pelo menos um telefone celular. Esses números incluem alguns dos mais pobres entre nós. Enquanto um grande número de usuários não vai além de fazer meras chamadas de voz (e mensagens de texto infrequentes), a disponibilidade de ‘apps’ (ou aplicativos) gratuitos, excelentes e fáceis de usar, que crescem em variedade e número a cada dia , está gradualmente atraindo muitos nesta categoria para se tornarem usuários de telefones celulares ‘principais’. Muitas pessoas que usam PCs como seu principal dispositivo de computação hoje, cientes de que os PCs cederão sua posição de proeminência no mundo da computação em breve, também estão começando a mudar para smartphones. Esses fatores devem levar a um aumento de 35% no número de usuários de smartphones até 2020 (ou 9,2 bilhões de usuários, globalmente).
À medida que os smartphones se tornam mais finos, mais leves, mais inteligentes, usam telas maiores e assim por diante, eles também estão consumindo mais energia. Assim, a necessidade crítica de baterias de carregamento super rápido e de alta capacidade que possam ser recarregadas um grande número de vezes antes de serem descartadas, para o sucesso dos futuros smartphones.
Existem outras aplicações importantes também, que dependem de baterias de carregamento rápido para seu bem-estar. Uma delas é a muito celebrada indústria de veículos elétricos (EV). Os usuários esperam que o tempo de recarga da bateria seja comparável ao tempo que levaria para encher o combustível em um posto de gasolina hoje, ou seja, da ordem de cerca de 4-5 minutos. Outra aplicação de grande importância é em redes inteligentes – aquelas estações inteligentes de gerenciamento de energia elétrica, onde são gerenciadas as entradas de eletricidade e as saídas para os usuários. São necessárias baterias de carga/drenagem rápidas e de grande capacidade para armazenar energia excedente (sempre que a entrada exceder a demanda) e liberá-la sempre que houver um déficit. Um pouco menos críticas, mas importantes, são as baterias de carregamento rápido usadas em relógios inteligentes, casas inteligentes e dispositivos pessoais de saúde (PHDs).
Alguns anos atrás, ficou inequivocamente claro que as baterias de íons de lítio (a melhor tecnologia de bateria em uso atualmente) seriam totalmente inadequadas para os requisitos futuros. Há uma lacuna tão grande entre a tecnologia de íons de lítio e a bateria projetada do futuro, que ficou bastante óbvio que nada menos que um “salto quântico” (ou revolução) na tecnologia de baterias seria suficiente. É por isso que, embora ainda não tenha saído nos noticiários, pesquisas febris e frenéticas foram lançadas em muitos centros de pesquisa e desenvolvimento universitários e corporativos para descobrir a tecnologia de bateria exaltada do futuro com recursos como: tempo de carregamento no pedido de alguns minutos ou até segundos (uau!), menor peso (descendo para metade no caso de baterias EV), maior capacidade, segurança (sem incêndios elétricos e explosões que lembram os acidentes do Boeing 787 de 2013! ), custo significativamente menor, fácil manuseio e tempos de ciclo em milhares e dez mil!
Pensar em alcançar um “salto quântico” na tecnologia em 1-2 anos teria deixado muitos na comunidade científica perplexos no passado recente. Mas agora as coisas mudaram! O homem, tendo avançado as fronteiras do conhecimento científico a saltos sem precedentes nos últimos tempos, os pesquisadores de hoje, sentados nos próprios pináculos do conhecimento científico, parecem oferecer soluções altamente promissoras à mera queda de um chapéu!
Então, aqui está uma lista das tecnologias mais promissoras que estão sendo pesquisadas no momento da redação deste artigo. (Observação: a pesquisa de baterias de carregamento rápido está atualmente inundada com muitas tecnologias alternativas competindo pelo primeiro lugar. Sendo tão numerosa, o autor não tentou apresentar uma lista exaustiva. Em vez disso, a lista abaixo representa o melhor de todo o lote, na opinião dele.)
TECNOLOGIA DE ALUMÍNIO-GRAFITE (ver Referências Nºs 2 e 4 para mais detalhes):
No topo da lista está a tecnologia Alumínio-grafite que está sendo desenvolvida na Universidade de Stanford, EUA. É impressionante devido ao seu tempo de carregamento de 1 minuto (sim, 60 segundos!). Embora sua capacidade seja cerca de metade do Li-ion, mais do que compensa essa deficiência por seu tempo de carga inacreditável. Comparado com a vida útil do Li-ion de cerca de 1.000 ciclos de carga, o grafite de alumínio dura pelo menos 7.500 ciclos. É muito mais seguro que o Li-ion também – os pesquisadores dizem que mesmo se você perfurar, ele não pegará fogo!
TECNOLOGIA DE ALUMÍNIO-AR (PARA VEs) (Referência Nos.1 e 2):
Na bateria de alumínio-ar (Al-air), o oxigênio do ar é usado no cátodo e, consequentemente, um oxidante separado é desnecessário. Esse tipo de bateria tem densidades de energia que podem fornecer a um EV tanta potência quanto colocá-lo no mesmo nível de seus equivalentes movidos a gasolina. O alcance com uma única carga completa é de cerca de 1000 milhas! Algumas recargas podem ser tudo o que você precisa se você dirigir até 2.000 milhas por mês!
O que impressiona nessa bateria é que ela tem apenas metade do peso da bateria de lítio atual. Com metade do peso da bateria, você obtém muito mais carga útil para transportar passageiros e mercadorias (Observação: a bateria é, de longe, o componente mais pesado de um EV. No Tesla Roadster, por exemplo, a bateria contribui para cerca de um terço do peso total, de modo que o peso economizado, ou seja, um sexto do total, é considerável).
TECNOLOGIA DE ALUMÍNIO-AR (PARA VEs) (Referência nº 2):
Este é um tipo diferente da tecnologia Al-air discutida acima. Impressionante porque funciona com água (comum e água do mar) e tem 40 vezes a capacidade de Li-ion!
CARREGAMENTO RÁPIDO BASEADO EM NANOTECNOLOGIA (Referência nº 5):
StoreDot Ltd., uma empresa israelense de alta tecnologia em baterias de carregamento rápido, em breve lançará o “FlashBattery for SmartPhones”, um carregador universal de smartphones. A empresa usa compostos orgânicos proprietários criados/manipulados usando nanotecnologia.
O que faz isso impressionar? Ele pode recarregar qualquer telefone, independentemente da marca ou modelo, em um minuto (máximo)!
Além de telefones, o carregador pode ser usado para carregar wearables, PHDs, tablets e similares. No entanto, há um problema – embora comprovado, ainda não está comercialmente disponível! Pode levar um ano a partir de agora até que esteja disponível nas lojas de varejo.
StoreDot também oferecerá “FlashBattery for EV”, um carregador rápido para carros elétricos em breve. Este produto está programado para carregar uma bateria de carro em apenas cinco minutos!
CARREGAMENTO RÁPIDO POR ONDAS DE RÁDIO (Referência nº 2):
Nesta tecnologia, a energia elétrica usada para carregar é transmitida por ondas de rádio.
Não muito impressionante, exceto que é sem fio e carrega a uma distância de até 6 metros. E há um problema também – não está imediatamente disponível no mercado.
TECNOLOGIA DE FLUXO ORGÂNICO (Referência nº 2 e Wikipedia):
Desenvolvida pelo MIT (Massachusetts Institute of Technology), a tecnologia de fluxo orgânico gera eletricidade usando uma substância orgânica, AQDS (ácido 9,10-antraquinona-2,7-dissulfônico) como transportador de carga.
Isso nos impressiona ao cortar 97% do custo de produção de eletricidade (com bateria) – enquanto as baterias de metal fornecem 1 KWh de energia por US $ 700, as baterias de fluxo orgânico fornecem tanta energia por apenas US $ 27!
NANOBATERIAS (Referência nº 2, 6 e Wikipedia):
As nanobaterias são fabricadas a partir de baterias de tamanho “nano” (ou seja, de tamanhos na faixa de 10 a -9 metros). As baterias “Nano” são criadas colocando dois eletrodos em um pequeno orifício (ou “nanoporo”) em uma membrana eletricamente isolante ou composto metálico (como óxido de alumínio) separados por uma fina película isolante. Um grande número de “nanoporos” são fundidos para formar uma bateria completa.
Algo superlativo sobre eles? Sim! Os nanoporos são tão pequenos em tamanho que não são visíveis individualmente. Eles podem armazenar até quatro vezes a energia do Li-ion e carregar completamente em 10 minutos. Além disso, eles têm uma vida útil de cerca de 1.000 ciclos de carga.
TECNOLOGIA DE DIÓXIDO DE LÍTIO-TITÂNIO da NTU (PARA VEs) (Referência nº 7 e Wikipédia):
Este é um avanço tecnológico da Nanyang Technological University (NTU), com sede em Cingapura. Ao alterar o cátodo de grafite encontrado nas baterias de íon de lítio para um gel de baixo custo feito de dióxido de titânio, a NTU afirma ter desenvolvido uma bateria de carregamento ultrarrápido que carrega até 70% de sua capacidade em dois minutos! Além do tempo de carregamento de dois minutos, o que impressiona é sua extraordinária vida útil de 20 anos.
Principalmente voltado para veículos elétricos, espera-se que o fator de vida útil da bateria reduza consideravelmente os custos que, de outra forma, teriam surgido devido às frequentes substituições de bateria.
NOTA: Como mencionado anteriormente, a pesquisa de baterias de carregamento rápido é um campo em evolução atualmente repleto de várias tecnologias alternativas que são promissoras. Tecnologias baseadas em substrato de espuma metálica, silício, íons de sódio, células de combustível microbianas movidas a urina, energia solar, hidrogênio, fuligem de vela e várias outras que estão em P&D foram contornadas ao fazer a lista acima, que o autor acredita ser a melhor das muito. Uma omissão notável é a tecnologia “over the air loading” de Meredith Perry, que usa eletricidade transmitida por ultrassom para carregar. Uma tecnologia muito aguardada e altamente celebrada até pouco tempo atrás, aparentemente não passou nos testes de avaliação recentes, de modo que teve que ser descartada de ser considerada.
Referências: (É necessário recortar e colar o link em seu navegador para acessar os números de referência 3 a 7)
1. Jeffrey Marlow, “Os 10 campos mais quentes da pesquisa científica”, Os 10 campos mais quentes da pesquisa científica | Com fio, http://www.wired.com/2013/08/the-10-hottest-fields-of-science-research/
2. Pocket-lint, “Futuras baterias, em breve: carregue em segundos, últimos meses e carregue pelo ar,” Futuras baterias, em breve: carregue em segundos, últimos meses e carregue pelo ar – Pocket-lint, http://www.pocket-lint.com/news/130380-future-batteries-coming-soon-charge-in-seconds-last-months-and-power-over-the-air
3. ScienceDaily,”Batteries Research,” Batteries News — Science Daily, sciencedaily.com/news/matter_energy/batteries/
4. Universidade de Stanford, “A bateria de alumínio de Stanford oferece uma alternativa segura às baterias convencionais”, news.stanford.edu/news/2015/march/aluminum-ion-battery-033115.HTML
5. StoreDot Ltd.,”FlashBattery for Smartphones,” StoreDot What We Do, store-dot.com/#!smartphones/c1u5l
6. Ars Technica,”Nova bateria composta por muitas nanobaterias,” | Ars Technica, arstechnica.com/science/2014/11/new-battery-composed-of-lots-of-nanobatteries/
7.Nanyang Technological University, “NTU desenvolve baterias de carregamento ultra-rápido que duram 20 anos,” Detalhe da notícia, media.ntu.edu.sg/NewsReleases/Pages/newsdetail.aspx?news=809fbb2f-95f0-4995-b5c0-10ae4c50c934
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