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Baterias de estado sólido: elas podem fazer o smartphone durar mais. Entenda

O que o Motorola DynaTAC 8000X, primeiro telefone celular do mundo, apresentado em 1983, e o smartphone dobrável da Samsung, exibido recentemente, tem em comum? Apesar do enorme avanço em recursos, tamanho, design, capacidade, tela e desempenho, ambos usam um componente em comum que, definitivamente, não acompanhou nem de perto toda essa transformação tecnológica: a bateria.

Mesmo com o avanço da tecnologia das baterias de íons de lítio, a capacidade energética nunca é suficiente para que possamos ficar longe de uma tomada por mais de um dia ou, dois, no máximo.

Logo, a solução pode estar nas baterias de estado sólido. Elas não são novidade, mas ainda tem um custo alto de fabricação e são utilizadas pelas indústrias apenas em equipamentos específicos.

Diferença entre a bateria de estado sólido e a bateria de íons de lítio

Em um projeto de bateria convencional - mais comumente de lítio - dois eletrodos de metal são usados com uma solução líquida de lítio atuando como um eletrólito. As partículas iônicas se movem de um eletrodo (o cátodo) para o outro (o anodo) à medida que a bateria carrega e, ao contrário, à medida que descarrega. A solução líquida de lítio é o meio que permite essa condução de eletricidade. Se você já viu uma pilha ou bateria com problema, provavelmente já viu o “ácido da bateria” que escorre (e às vezes chega a inflar e pegar fogo). Pois esse é o eletrólito líquido de lítio.

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Em uma bateria de estado sólido, os eletrodos positivo e negativo e o eletrólito entre eles são pedaços sólidos de metal, liga ou algum outro material sintético. O avanço em seu desenvolvimento está crescendo devido a quantidade cada vez maior de produtos eletrônicos, fabricantes de automóveis (elétricos e híbridos) e fornecedores industriais em geral, o que causa um investimento financeiro maior.

Quais as vantagens das baterias de estado sólido?

As baterias de estado sólido comprimem o ânodo, o cátodo e o eletrólito em três camadas planas, em vez de suspender os eletrodos em um eletrólito líquido. Isso significa que você pode torná-los menores - ou, pelo menos, mais planos - enquanto mantém tanta energia armazenada quanto uma bateria maior que usa líquido como eletrólito.

Portanto, se você substituísse a bateria de lítio-íon do seu telefone ou laptop por uma bateria de estado sólido do mesmo tamanho, ela teria uma capacidade energética maior. Por consequência, fabricantes podem criar dispositivos menores que terão duração de bateria maior. E isso inclui  dispositivos de menor dimensção, como smartwatches, pulseiras fitness até mesmo caixas de som Bluetooth.

Baterias de estado sólido também são mais seguras, já que não há líquido ácido e inflamável, além de não produzem tanto calor quanto as baterias de lítio. Por fim elas carregam muito mais rápido porque os íons se movem com mais facilidade no eletrólito sólido do que em um meio líquido.

De acordo com pesquisas mais recentes, uma bateria de estado sólido poderia superar as baterias convencionais em 500% ou mais em termos de capacidade, e levar um décimo do tempo para serem totalmente carregadas.

Quais as desvantagens das baterias de estado sólido?

No entanto, como as baterias de estado sólido são uma tecnologia emergente, elas ainda são incrivelmente caras de fabricar. Analistas do departamento de análise e processamento avançado de materiais da Universidade da Flórida, estimaram que uma bateria de estado sólido típica, do tamanho de um telefone celular, custaria cerca de US$ 15.000 para ser fabricada. E uma grande o suficiente para abastecer um carro elétrico custaria US$ 100.000.

Reprodução

Parte desse custo está relacionada com a economia de escala. Baterias de lítio convencionais são fabricadas em centenas de milhões de unidades por ano e assim o custo de fabricação dos materiais e equipamentos usados para produzi-las está diluído por enormes linhas de produção e de suprimentos. Soma-se a isso o fato de que apenas algumas empresas e universidades estão pesquisando baterias de estado sólido. Portanto, o custo para produzir cada uma delas ainda é muito elevado.

A outra questão é o material. As ligas de metais e o lítio, usados para baterias atuais, são elementos muito conhecidos e bastante testados. E atualmente  não se se conhece a melhor composição química e atômica para um eletrólito sólido entre anodos e cátodos metálicos. A pesquisa atual está reduzindo isso, é preciso coletar dados mais confiáveis antes de sintetizar os materiais e investir em processos de fabricação mais robustos.

Então quando vamos usar uma bateria de estado sólido?

Tal como acontece com toda tecnologia emergente, tentar descobrir quando as baterias de estado sólido vão chegar em suas mãos é adivinhação pura.

É encorajador que corporações enormes estejam investindo na pesquisa para levá-las para o mercado de consumo, mas é difícil dizer se haverá um grande salto em um futuro próximo. Pelo menos uma empresa de automóveis informou que estará pronta para colocar uma bateria de estado sólido em um veículo até o ano de 2023, mas ela não divulgou quanto isso custará.

Se analisarmos as dificuldades técnicas e financeiras que comentamos aqui, então esses cinco anos parecem ser um tempo excessivamente otimista. Dez anos seria mais provável. Podem ser vinte anos ou mais, antes que os materiais sejam de fato dimensionados e os processos de fabricação sejam desenvolvidos.

Mas como dissemos no começo dessa matéria, a tecnologia convencional de baterias está começando a atingir um limite. E é preciso vender para uma empresa se manter e crescer. E nada como uma corrida pelo lucro para estimular a pesquisa e o desenvolvimento. Portanto, ainda pode ser possível ver um gadget ou um carro com bateria de estado sólido em um futuro não tão distante.





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