Uma bateria de um carro elétrico não permanece igual ao longo da vida: perde gradualmente capacidade e autonomia à medida que envelhece. Entre os responsáveis estão reações químicas que ocorrem num componente pouco conhecido pelos condutores, o eletrólito. Agora, fabricantes e investigadores estão a tentar redesenhá-lo para criar baterias que durem mais, carreguem mais depressa e armazenem mais energia.
Quando se fala na bateria de um automóvel elétrico, é fácil imaginá-la como uma espécie de depósito: recebe eletricidade durante o carregamento e entrega-a quando o carro precisa de energia.
Na realidade, aquilo que acontece no interior é bastante mais complexo.
Numa bateria de iões de lítio, os iões deslocam-se entre dois elétrodos — o ânodo e o cátodo — durante os sucessivos ciclos de carga e descarga.
Para conseguirem fazer essa viagem precisam de atravessar um terceiro elemento fundamental: o eletrólito.
E é precisamente neste componente que está a ser travada uma das batalhas para conseguir baterias mais duradouras.
O que é afinal o eletrólito?
Nas baterias de iões de lítio utilizadas atualmente, o eletrólito é normalmente composto por solventes orgânicos, sais de lítio e pequenas quantidades de aditivos.
A sua função essencial é permitir o transporte dos iões entre os elétrodos.
O problema aparece com o tempo.
Durante os sucessivos carregamentos e descarregamentos ocorrem reações eletroquímicas que vão alterando o eletrólito. A decomposição de alguns dos solventes pode gerar gases, como dióxido de carbono, monóxido de carbono e hidrocarbonetos.
A indústria utiliza aditivos para tentar limitar estas reações, mas estes representam apenas uma pequena percentagem da composição do eletrólito e podem perder eficácia ao longo da utilização, sobretudo perante temperaturas e tensões elevadas.
As consequências podem incluir acumulação de gás, aumento da resistência interna da bateria e degradação progressiva das células.
É uma das razões pelas quais uma bateria usada já não consegue armazenar exatamente a mesma quantidade de energia que conseguia quando era nova.
E se o problema for atacado antes de acontecer?
É precisamente isso que a LG Energy Solution está a tentar fazer.
Em vez de continuar simplesmente a acrescentar substâncias destinadas a reduzir as reações indesejadas, a fabricante sul-coreana decidiu redesenhar a própria estrutura molecular do solvente.
A tecnologia é designada “gas-free solvent” e pretende tornar o eletrólito mais resistente à decomposição, reduzindo assim a formação de gases.
A primeira geração já foi desenvolvida e encontra-se em processo de validação e otimização para produção em massa.
Segundo dados divulgados pela própria LG Energy Solution, a utilização deste solvente permitiu reduzir em aproximadamente 53% a taxa de aumento da resistência interna das células nos testes realizados.
Há outra consequência interessante.
A temperatura máxima permitida durante o carregamento rápido aumentou de cerca de 58 para 68 graus Celsius e a empresa afirma que a tecnologia demonstrou potencial para permitir carregamentos em aproximadamente oito minutos.
Isso não significa, contudo, que esteja prestes a chegar ao mercado um automóvel elétrico que carregue completamente em oito minutos. São resultados tecnológicos obtidos ao nível das células e do eletrólito, que ainda terão de ser integrados e validados em baterias produzidas em grande escala.
A segunda geração já está a ser desenvolvida
A LG Energy Solution trabalha entretanto numa segunda geração desta tecnologia.
Um dos objetivos é melhorar a viscosidade do solvente.
Pode parecer um detalhe pouco importante, mas a facilidade com que os iões se deslocam através do eletrólito influencia diretamente o comportamento da bateria, incluindo a capacidade de receber energia rapidamente.
A empresa pretende, a longo prazo, substituir grande parte dos tradicionais solventes à base de carbonatos por estas novas soluções.
E o eletrólito poderá tornar-se ainda mais importante à medida que mudam os restantes componentes da bateria.
Mais silício pode significar mais autonomia — mas cria outro problema
Um dos caminhos mais promissores passa pela utilização crescente de silício no ânodo.
Atualmente, a maioria das baterias utiliza sobretudo grafite. O silício consegue, teoricamente, armazenar muito mais lítio, permitindo aumentar a quantidade de energia armazenada sem aumentar proporcionalmente o peso da bateria.
Há, porém, um enorme obstáculo.
O silício expande-se significativamente quando recebe lítio e volta a contrair-se quando a bateria descarrega.
Repetido centenas ou milhares de vezes, este processo provoca tensão mecânica e pode danificar a estrutura do elétrodo.
Também aqui o eletrólito pode ajudar.
Uma formulação adequada consegue favorecer a formação de uma camada protetora mais estável na superfície do ânodo, reduzindo algumas das reações e danos que aceleram a degradação.
Ou seja, desenvolver um novo material para armazenar mais energia não chega. É necessário garantir que aquilo que o rodeia consegue trabalhar com ele durante anos.
E depois há as baterias de estado sólido
A transformação mais profunda poderá chegar quando o eletrólito líquido desaparecer quase completamente.
As chamadas baterias de estado sólido substituem o eletrólito líquido por um material sólido.
Em teoria, isso pode permitir maior densidade energética, reduzir riscos associados a fugas e diminuir a inflamabilidade.
Mas substituir um líquido por um sólido cria novos problemas.
Um deles está no contacto entre o eletrólito e os elétrodos. Outro é a formação de dendrites — estruturas metálicas microscópicas que podem crescer no interior da célula e eventualmente provocar um curto-circuito.
É por isso que as baterias totalmente de estado sólido continuam maioritariamente numa fase de desenvolvimento e produção-piloto, apesar das promessas feitas por vários fabricantes.
Há carros que já ficaram a meio caminho
Enquanto as baterias totalmente sólidas não chegam em grande escala, a indústria começou a experimentar uma solução intermédia: as baterias semi-sólidas.
Estas mantêm uma determinada quantidade de eletrólito líquido, combinando-a com componentes sólidos.
A China está particularmente avançada nesta área.
A Nio chegou a disponibilizar uma bateria semi-sólida de 150 kWh para alguns dos seus automóveis, com autonomia anunciada superior a 1.000 quilómetros segundo o ciclo chinês CLTC, embora a produção tenha posteriormente sido interrompida perante a reduzida procura.
Outros fabricantes e fornecedores chineses continuam a desenvolver soluções semelhantes, enquanto avançam em paralelo para baterias totalmente sólidas.
A próxima revolução pode estar escondida dentro da bateria
Para quem conduz um automóvel elétrico, o eletrólito é invisível.
Não aparece na ficha técnica, dificilmente é mencionado pelo vendedor e não é algo com que o proprietário tenha de lidar diretamente.
Mas aquilo que acontece neste material influencia características que todos os condutores compreendem perfeitamente: quanta autonomia a bateria consegue oferecer, quanto tempo demora a carregar e durante quantos anos consegue manter uma parte significativa da capacidade original.
Durante muito tempo, a corrida pelas baterias concentrou-se sobretudo nos materiais dos elétrodos e na quantidade de energia que cada célula conseguia armazenar.
Agora, a indústria está também a olhar para aquilo que existe entre eles.
E uma parte importante da próxima geração de carros elétricos pode depender precisamente de um componente que praticamente ninguém vê.
