Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Chalmers, na Suécia, desenvolveram uma bateria estrutural feita de fibra de carbono, que, além de armazenar energia, atua também como parte da estrutura de veículos e gadgets. E como uma de suas vantagens temos que essa nova tecnologia pode reduzir de maneira expressiva o peso e o consumo de energia em carros, aviões, navios e até computadores.
Fibra de carbono como solução multifuncional
Pesquisadores da Chalmers, liderados por Richa Chaudhary, desenvolveram uma bateria composta por fibra de carbono, que oferece uma rigidez comparável ao alumínio e uma densidade energética capaz de ser usada comercialmente.
Esse material pode ser incorporado, por exemplo, na estrutura de veículos e outros dispositivos, cumprindo funções de suporte de carga, eliminando-se a necessidade de baterias tradicionais separadas. O resultado é uma redução drástica de peso e, consequentemente, uma diminuição no consumo de energia.
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O estudo publicado na revista Advanced Materials aponta que veículos elétricos equipados com essa tecnologia poderiam aumentar sua autonomia em até 70% com uma única carga. Isso seria possível porque a estrutura do veículo também funcionaria como uma bateria, o que possibilita uma grande economia de energia.
Segundo Leif Asp, professor do Departamento de Ciência Industrial e de Materiais de Chalmers, essa tecnologia é essencial para a criação de veículos mais leves e eficientes:
“Investir em veículos leves e energeticamente eficientes é algo natural se quisermos economizar energia e pensar nas gerações futuras. Fizemos cálculos sobre carros elétricos que mostram que eles poderiam rodar por até 70% mais do que hoje se tivessem baterias estruturais competitivas“, afirmou Asp.
Como funciona a bateria estrutural?
De maneira resumida, o funcionamento da bateria estrutural se ancora em três pontos:
1. Material multifuncional
A bateria é feita de um material composto por fibra de carbono. Esse material desempenha duas funções principais:
- Estrutural: Ele é rígido o suficiente para servir como parte da estrutura física de um carro, avião, ou dispositivo eletrônico, substituindo materiais como o alumínio.
Armazenamento de energia: Ao mesmo tempo, o material da fibra de carbono funciona como eletrodos de uma bateria, armazenando e liberando energia.
2. Eletrodos de fibra de carbono
A fibra de carbono na bateria funciona como eletrodo tanto no ânodo quanto no cátodo:
- Ânodo: No ânodo, a fibra de carbono atua como reforço estrutural, coletor de corrente elétrica e material ativo, que participa diretamente do processo de armazenar e liberar carga elétrica.
- Cátodo: No cátodo, além de também ser um coletor de corrente e de atuar como reforço estrutural, ela serve como suporte para o lítio, que é o componente responsável pelo armazenamento de energia. Nessa parte, a fibra de carbono é revestida com fosfato de ferro-lítio, um material comum em baterias recarregáveis.
3. Eletrolito semi-sólido
O movimento dos íons de lítio entre os terminais da bateria (ânodo e cátodo) é facilitado por um eletrolito semi-sólido, que difere dos líquidos utilizados em baterias convencionais. Esse eletrolito contribui para a segurança, reduzindo o risco de incêndios, comuns em baterias que utilizam eletrólitos líquidos.
Créditos: R. Chaudhary, J. Xu, Z. Xia, L. E. Asp, Unveiling the Multifunctional Carbon Fiber Structural Battery. Adv. Mater. 2024, 2409725
Redução de peso e maior eficiência energética
A ideia de utilizar materiais estruturais que também armazenem energia não é nova, mas a tecnologia da Chalmers deu um salto importante. Em 2021, a equipe alcançou uma densidade energética de 24 Wh/kg, aproximadamente 20% da capacidade de uma bateria de íon-lítio convencional. Já em 2024, esse número subiu para 30 Wh/kg, um avanço considerável.
Embora ainda inferior às baterias tradicionais, a capacidade de combinar armazenamento de energia com um material estrutural leve e que faz parte da construção do veículo, compensa essa diferença, reduzindo a necessidade de energia para movimentar o veículo.
“Em termos de propriedades multifuncionais, a nova bateria é duas vezes melhor que sua antecessora – e, na verdade, a melhor já feita no mundo“, diz Leif Asp.
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Desafios e o futuro da comercialização
Apesar de a produção das células de bateria em laboratório já ser uma realidade, o caminho para a fabricação em massa, especialmente para veículos e dispositivos eletrônicos, ainda requer investimentos e melhorias na tecnologia.
Asp, que estuda baterias estruturais desde 2007, destaca que componentes como eletrônicos em carros e aviões serão os primeiros a se beneficiar dessa criação. Além disso, dispositivos como telefones celulares tão finos quanto um cartão de crédito ou laptops com 50% do peso atual, são possibilidades no futuro próximo.
A empresa Sinonus AB, recém-criada em Borås, Suécia, está à frente da transição da pesquisa para o mercado, trabalhando em estreita colaboração com a Universidade de Chalmers. Contudo, Asp alerta que ainda será necessário percorrer um longo caminho para atender às necessidades energéticas do setor de transportes, onde essa tecnologia pode ter o maior impacto.
Referência:
R. Chaudhary, J. Xu, Z. Xia, L. E. Asp, Unveiling the Multifunctional Carbon Fiber Structural Battery. Adv. Mater. 2024, 2409725. https://doi.org/10.1002/adma.202409725