BATERIAS DE ESTADO-SÓLIDO | UMA DAS ATUAIS INOVAÇÕES DISRUPTIVAS

28 Setembro 2018

BATERIAS DE ESTADO-SÓLIDO | UMA DAS ATUAIS INOVAÇÕES DISRUPTIVAS

O recurso a baterias de Estado-Sólido surge como uma das possíveis grandes inovações que podem solucionar alguns dos principais problemas na transição dos veículos a combustão interna para os veículos elétricos.

 

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A verdade é que os “prometidos” veículos elétricos estão finalmente a ganhar espaço no mercado. Se até aqui eram um objeto para entusiastas que tiravam partido dos vários lugares livres de estacionamento com postos de carregamento exclusivos – e pouco usados – para carros elétricos, hoje encontramos facilmente estes lugares ocupados com viaturas de ar futurista ligados por um intrincado cordão umbilical a um posto de carregamento.

 

Contudo, atualmente ainda não existe no mercado um veículo elétrico que se apresente com a mesma conveniência de abastecimento, autonomia e durabilidade que um veículo a combustão interna. Porém a evolução da tecnologia de baterias no estado-sólido pode romper com a atual situação.

Atualmente a tecnologia de baterias recarregáveis mais recorrente é conhecida por ‘baterias de ião de lítio’, que são amplamente utilizadas em smartphones, computadores e outros equipamentos eletrónicos portáteis. Contudo a tecnologia atual utiliza eletrólitos orgânicos em estado líquido que colocam vários desafios ao nível da durabilidade, armazenamento e, particularmente, ao nível da segurança.  Acontece que este tipo de bateria recarregável que facilmente qualquer pessoa tem no seu bolso é passível de ser corrompida ou sofrer o fenómeno de “thermal runway” caso seja exposta a altas temperaturas e/ou condições de sobrecarga. Na prática pode ocorrer vazamento e em casos extremos incinerar-se ou explodir. Para prevenir estes fenómenos a indústria implementa circuitos de proteção e mecanismos de segurança que incrementam a complexidade e custo destas baterias.

 

Em contraste com as ‘baterias de ião de lítio’ as baterias de estado-sólido utilizam um eletrólito sólido (all-solid-state batteries é o termo algo-saxónico atualmente usado nos meios científicos) sendo consideradas muito resistentes ao fogo e sem risco de vazamento. No relatório do Citi Research que identifica as Baterias de estado-sólido como uma das 10 tecnologias disruptivas sobre as quais devemos “refletir” este ano, é também apontado que estas baterias apresentam também uma maior durabilidade, menor deterioração da performance dada a maior resistência térmica. Consequentemente os sistemas de arrefecimento podem ser mais simples, sendo as baterias nesta tecnologia serão mais fáceis de conceber ocupando menos espaço, entre outras vantagens.

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Ilustração 1 – Bateria de iões de Lítio (esquerda) Vs Bateria de estado-sólido (direita). Fonte: Citi Research

 

Os primeiros eletrólitos terão sido desenvolvidos nos anos 70. Contudo apresentavam uma condutividade iónica insuficiente. Com a crescente procura de formas mais eficientes de armazenas energia a comunidade científica direcionou esforços para conseguir evoluir a performance das baterias tendo sido descobertos recentemente eletrólitos em estado sólidos com “condutividade semelhante ou superior” aos eletrólitos em estado líquido, fazendo renascer o interesse nesta tecnologia.

 

Em Portugal é de destacar o trabalho da investigadora Maria Helena Braga, professora da FEUP que tem vindo a desenvolver trabalho de investigação no âmbito dos eletrólitos cerâmicos, dividindo o seu tempo com a Universidade do Texas. De acordo com uma entrevista ao jornal Observador a investigadora publicou pela primeira vez sobre a tecnologia de eletrólitos de vidro em 2014, o que terá dado origem a um contacto da Universidade do Texas tendo sido desafiada a trabalhar com “John Goodenough – considerado o “pai” das baterias de iões de lítio – e atual entusiasta do trabalho da investigadora portuguesa.

 

Estudos publicados neste último ano pela equipa da qual a investigadora faz parte mostram resultados muito promissores ao nível da capacidade de armazenamento e durabilidade das baterias utilizando eletrólitos sólidos, sendo também recorrente a utilização de iões de sódio a par de lítio.

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Ilustração 2 – Os resultados publicados no artigo Nontraditional, Safe, High Voltage Rechargeable Cells of Long Cycle Life (2018), surpreenderam a comunidade científica, uma vez que a performance da bateria mostrou incrementar ao longo dos ciclos de carga/descarga.

 

A nível da indústria, a Toyota anunciou já em 2017 que até 2022 pretende colocar no mercado viaturas equipadas com baterias de estado sólido. Volkswagen, Hyundai Motor, Nissan Motor e BMW estão também na corrida tendo vindo a investir significativamente em empresas especializadas na tecnologia com o intuito de chegar ao mercado ainda antes de 2025.

 

Fruto do nosso trabalho de vigilância tecnológica, a Multisector está atenta às inovações no sector da mobilidade elétrica. Este setor está hoje em franco crescimento, e a Multisector, enquanto consultora, tem vindo apoiar os nossos parceiros na captação de investimento para desenvolvimento de projetos neste sector. A tecnologia de baterias de estado-sólido pode significar uma revolução significativa na mobilidade elétrica e potenciar o surgimento de novas oportunidades para as nossas PME .

 

Pedro Reis
Consultor de I&D