As baterias estão em todos os lugares na nossa vida moderna. Seja em celulares, notebooks, máquinas fotográficas e outros aparelhos eletrônicos, o que se percebe é que esta tecnologia é de extrema importância para o nosso dia a dia.

Porém, convenhamos, a bateria não é o produto preferido de muita gente. Quem já precisou comprar uma nova sabe o quanto dói no bolso. As de notebook, por exemplo, custam uma média de R$ 500,00 – dependendo da marca escolhida. Baterias de celular então, nem se fala, sendo mais recomendado trocar seu aparelho a desembolsar uma pequena fortuna por um objeto tão pequeno.

Além disso, o qBateria para notebooksue se pergunta é: com a rapidez das inovações tecnológicas, será que as baterias não deveriam evoluir mais rapidamente? Pois é, mas as baterias já não são mais aquelas de antigamente, que precisavam ser descarregadas por completo e viciavam rapidamente.

As baterias atuais de íon-lítio já são uma evolução na forma de se carregar os objetos eletrônicos e são usadas em larga escala. Quem possui aparelhos mais novos provavelmente conta com este tipo de bateria, cuja duração é maior e o tempo de recarga, menor.

O Baixaki publicou um artigo sobre o desenvolvimento das baterias, caso você queira conhecer mais sobre esta evolução. Mas o que realmente queremos saber é qual é o próximo passo nesta caminhada rumo ao “mundo sem fio”, que vamos tratar neste artigo.

Inovações

Nanofios de Silício

No final de 2007, pesquisadores da Universidade de Stanford encontraram uma maneira de aumentar em até dez vezes o poder das baterias de lítio. Através da pesquisa de Yi Cui, as baterias de lítio seriam fabricadas com fios de silício ao invés do carbono, como atualmente.

Com esta tecnologia, uma bateria de um notebook potente poderia armazenar energia para até 20 horas de uso. Esta é uma quantidade impressionante se dermos conta que as baterias atuais duram uma média de duas horas.

As baterias atuais de lítio utilizam ânodos de carbono para armazenar sua carga. Isso quer dizer que a carga da bateria está intimamente ligada à quantidade de lítio que pode ser armazenado em cada ânodo.

Nanofios no microscópio antes e depois da absorvição de lítio. Imagem da Universidade de Stanford

Para resolver este problema, o que se tentou fazer foi substituir o carbono por silício – um material mais eficiente. Porém o silício se destruía mais rapidamente devido à expansão e encolhimento dos íons armazenados, que deterioravam rapidamente os ânodos.

A solução para este problema foram os nanofios de silício. O lítio é armazenado em uma porção de pequeninos microfios de silício, cada qual com um diâmetro de 100 vezes menor que uma folha de papel. Os nanofios inflam quatro vezes mais do que uma bateria normal, mas não quebram ao liberar o lítio de volta ao “trabalho”.

Retorno ao carbono

De volta ao carbonoApesar de inovadora, a solução de Yi Cui não obteve resultados concretos, uma vez que os nanosfios de silício não apresentaram a durabilidade tão prometida. Porém, esta pesquisa é a base para a continuação do estudo.

Os pesquisadores de Stanford decidiram utilizar as nanofibras de carbono para revestir átomos de silício. Sendo assim, o silício apresentaria uma alta durabilidade, exatamente o que faltou na primeira pesquisa.

Infelizmente, não se podem ganhar todas. Os novos testes mostraram que os eletrodos não chegaram às impressionantes dez vezes a mais do valor das baterias atuais, mas sim seis vezes a mais que as comuns baterias de lítio.

O que se fará agora são novos testes repetitivos para que esta pesquisa seja considerada de sucesso, pois o futuro parece promissor. As novas baterias seriam ainda menores e mais potentes que as atuais, ou seja, um avanço para as amigas de hoje.

Baterias de lítio-enxofre

Seguindo com as baterias de lítio, cientistas da Universidade de Waterloo em Ontário, Canadá, surgem com a inovação em baterias que há muito tempo desafia a massa cinzenta dos pesquisadores – a bateria de lítio-enxofre.

Uma das vantagens deste tipo de bateria está no preço. Se comparado com inúmeros materiais usados na confecção de novas baterias, o enxofre ganha de goleada. Além disso é capaz, juntamente com o lítio, de criar uma energia alta e durável, o que funcionaria perfeitamente para o que se procura em uma boa bateria.

Segundo Linda Nazar – coordenadora do projeto – o grande desafio deste tipo de bateria era o de manter o enxofre em contato com o condutor (no caso das baterias, o carbono) nos cátodos, onde são liberados e armazenados os elétrons para a descarga de energia.

Estrutura da bateria de lítio-enxofre - Imagem de Linda Nazar

Para isso, os pesquisadores usam o chamado carbono mesoporoso. Usando a nanotecnologia, este carbono foi deixado em tubos de 6,5 nanômetros de espessura, mantendo espaços ocos abertos.

Depois disso, os pesquisadores ferveram e derreteram o enxofre, para que depois cubram os espaços deixados na estrutura de carbono. Criam-se dessa forma nanofibras de enxofre, no mesmo estilo dos nanofios de silício já descritos.

Nazar afirma que este composto pode fornecer até 80% da capacidade máxima do enxofre, que nada mais é do que três vezes maior do que a energia gerada pelos cátodos de lítio, juntamente com um preço mais acessível e um ciclo estável de energia.

Baterias Nucleares

Energia NuclearJá o professor Jae Kwon, da Universidade norte-americana de Missouri, pensa grande. Juntamente com sua equipe, está produzindo as baterias nucleares. Mas não se assuste, a tecnologia parece altamente segura.

A ideia é produzir uma bateria do tamanho de uma moeda e, a medida que o estudo for aprimorado, produzi-la até a espessura de um fio de cabelo do ser humano. Para isso, os pesquisadores ainda vão percorrer um longo caminho, mas que já tem uma linha definida.

O protótipo-moeda é uma tecnologia segura e já vem sendo usada em larga escala em satélites espaciais e submarinos com grande sucesso. O processo envolve a diminuição do semicondutor da bateria, utilizando-o de forma líquida ao invés de sólida, como acontece atualmente.

Um semicondutor é aquele que balanceia e controla a corrente elétrica – está no meio do caminho entre condutores e isolantes. Isso faz com que ele seja capaz de restringir o movimento dos átomos, possibilitando um maior controle da corrente extremamente forte de um componente, no caso, nuclear.

A grande sacada do semicondutor líquido é a diferença dele em relação ao semicondutor sólido, uma vez que uma parte da radiação pode destruir a rede atômica deste tipo de material. De acordo com Kwon, o semicondutor líquido tende a minimizar o problema.

Baterias ecologicamente corretas

Celulose de algas

Há algum tempo atrás circulou um email mostrando a “maré vermelha”, um fenômeno que acontece nos mares do hemisfério sul.  A “maré vermelha” nada mais é que um crescimento excessivo e aglomeração de algumas algas desta cor, que faz com que a água mude para a cor vermelha, amarela ou marrom.

O fenômeno da Maré Vermelha na Califórnia

Mas o que a maré vermelha tem a ver com baterias? Muito. Cientistas da Universidade de Uppsala, na Suécia utilizaram a alga do gênero Cladophora para fabricar baterias extremamente leves.

O estudo desta alga já é algo recorrente nos vários campos do conhecimento, uma vez que a nanoestrutura dela é algo único, completamente diferente das plantas terrestres. Seu estudo abrange a alga como uma substância que aumentaria a consistência (espessante) de produtos farmacêuticos e alimentícios.

Exatamente por possuir esta grande área de superfície com a nanoestrutura porosa, cientistas criaram hipóteses relacionadas a elas e às baterias. Este estudo sueco chega para comprovar o acerto desta hipótese.

Os pequisadores revestiram a celulose da alga com uma camada de polipirrol, um polímero altamente estável e ambientalmente menos agressivo, o que representaria menos dor de cabeça na hora de jogar a bateria fora. Além disso, seu peso leve seria um atrativo que compensaria a inferioridade da potência em relação às baterias de lítio.

Bateria de ar

E as pesquisas continuam! Na Universidade St. Andrews no Reino Unido, o que se estuda é uma bateria que tem o ar como componente principal, substituindo os químicos. Ela substitui o lítio pelo carbono poroso e pode aumentar em até dez vezes a capacidade de armazenamento do componente.

Este eletrodo de lítio que é usado nas baterias é trocado pelo carbono poroso, o que permite que os íons de lítio mantidos na bateria reajam com o ar. Uma superfície da bateria fica exposta e este ar é recolhido por uma esponja de carbono – que mesmo atualmente pode ser fabricada sem grandes custos – recolhendo o ar que reage com os componentes da bateria, criando assim energia limpa.

Esquema da bateria de ar da Universidade de St. Andrews

O projeto, apelidado de STAIR (Saint Andrews Air) tem como pretensão ser mais barato que as baterias recarregáveis atuais, uma vez que o óxido de lítio é muito mais caro do que o carbono poroso da pesquisa.

Energia biológica

Bateria de vírus

Vírus geneticamente modificados também entraram na dança das baterias. Os pesquisadores do MIT – Massachusetts Institute of Technology – conseguiram criar todos os componentes da bateria (ânodo, eletrólito e cátodo) utilizando uma espécie comum de vírus que parasita bactérias, porém inofensivos aos seres humanos.

Para que a bateria funcione os cientistas modificaram o vírus fazendo com que ele mesmo crie uma camada de fosfato de ferro a sua volta. Então os organismos se fixam sobre os nanotubos de carbono, formando uma malha fina e altamente condutora de energia.

Protótipo da bateria de Vírus. Imagem de Donna Coveney para a MIT

Este tipo de bateria já passou por mais de 100 ciclos de carga em seus testes e nem assim perdeu sua capacidade de carga e descarga. Os pesquisadores querem ainda descobrir se o vírus consegue se ligar a outros componentes metálicos, para que a bateria seja ainda mais potente e leve.

Qual delas você vai usar?

Como pudemos ver, as baterias ainda têm um longo caminho a seguir, mas parece que as inovações estão logo a frente. Cada uma com seus pontos em comum e cada vez mais usando os nanotubos de carbono e a nanotecnologia, proporcionando assim equipamentos mais leves e potentes.

Quem sabe na próxima compra seu celular não “morra” durante uma conversa importante e seu computador não desligue sozinho quando você estiver mandando um “super” email para o chefe estressadão.