Avançando EVs: Compósitos Leves para Baterias Estruturais

Um dos problemas enfrentados por engenheiros que desenvolvem veículos elétricos (EVs) é a massa das baterias necessárias para fornecer energia aos motores. As baterias são pesadas. Isso significa que, para obter autonomia — uma das características mais exigidas para um EV — é necessária capacidade de bateria suficiente... mas isso se torna um ciclo vicioso, pois mais bateria significa mais massa e mais massa significa autonomia reduzida.

Pesquisadores da Universidade Chalmers de Tecnologia na Suécia desenvolveram uma bateria que pode ser a solução para este problema, pois não apenas armazena energia (24 watt-hora por quilograma), mas também fornece suporte estrutural, com rigidez de 25 GPa.

Leif Asp, professor da Chalmers e líder do projeto de pesquisa, realizado em colaboração com o KTH Royal Institute of Technology (Estocolmo, Suécia), disse: "Tentativas anteriores de fazer baterias estruturais resultaram em células com boas propriedades mecânicas ou boas propriedades elétricas. Mas aqui, usando fibra de carbono, conseguimos projetar uma bateria estrutural com capacidade competitiva de armazenamento de energia e rigidez."

Em um artigo na Advanced Energy and Sustainability Research (vol. 2, edição 3), Asp e coautores descrevem a bateria:

"O compósito de bateria estrutural consiste em um eletrodo negativo de FC [fibra de carbono] e um eletrodo positivo suportado por filme de alumínio separados por um separador de FV [fibra de vidro] em um material de matriz de eletrólito de bateria estrutural (SBE). Consequentemente, as FCs atuam como hospedeiras para Li (ou seja, material de eletrodo ativo), conduzem elétrons e reforçam o material. Da mesma forma, a folha do eletrodo positivo fornece funcionalidade mecânica e elétrica combinada. O SBE facilita o transporte de íons Li e transfere cargas mecânicas entre fibras, partículas e camadas. Dois tipos de separadores de tecido FV, um Whatman GF/A e um tecido liso FV, são usados como materiais modelo para investigar os efeitos da espessura e arquitetura do separador, bem como anisotropia do material, no desempenho multifuncional."

Atualmente, estão trabalhando em uma nova bateria estrutural com o filme de alumínio sendo substituído por fibra de carbono e o uso de um separador de fibra de vidro mais fino.

Asp disse que espera que pesquisas futuras resultem em uma bateria com densidade de energia de 75 watt-hora por quilograma e rigidez de 75 GPa.

"Se você olhar para a tecnologia de consumo", disse Asp, "pode ser perfeitamente possível dentro de alguns anos fabricar smartphones, laptops ou bicicletas elétricas que pesem metade do que pesam hoje e sejam muito mais compactas."