Veja como as baterias funcionam, suas limitações e novas possibilidades.

Provavelmente, você deve ter pelo menos duas baterias de íons de lítio próximas ao seu corpo neste momento - uma no pulso e outra no smartphone. E você ainda pode ter outras se estiver por exemplo, segurando um chaveiro de carro, portando um marca-passo ou qualquer outro dispositivo eletrônico de monitoramento. 

Mas você sabe como essas baterias realmente funcionam?

Para uma tecnologia no cerne da vida moderna, as baterias permanecem um mistério. Embora os humanos tenham usado baterias por centenas de anos, foi apenas na última década que a ciência das baterias avançou o suficiente para tornar possíveis os veículos elétricos de longo alcance, por exemplo. Entre todas as alternativas, os pesquisadores sugerem que os veículos movidos a bateria mantêm a promessa hoje de reduzir as emissões de carbono dos carros de passeio o suficiente para ajudar a fazer um progresso significativo contra as mudanças climáticas. 

Galeria: Polo de desenvolvimento de baterias da Volkswagen

As baterias dependem da química básica para funcionar, fórmulas que foram identificadas pela primeira vez por Alessandro Volta em 1799. Basicamente, cada célula da bateria tem dois eletrodos - um positivo (o cátodo), um negativo (o ânodo) - e uma substância intermediária chamada eletrólito. Quando conectados a um circuito elétrico, os elétrons se movem do ânodo para o cátodo através do eletrólito, enquanto os íons se movem na direção oposta, criando corrente elétrica. Em baterias recarregáveis, o processo se inverte.

Peugeot VLV - 1941 - baterias

Auge dos carros elétricos

Não demorou muito tempo após a invenção das primeiras baterias para as pessoas começarem a fazer experiências com veículos construídos com base nelas. Nos primeiros anos da indústria automobilística na virada do século 20 os veículos elétricos estavam entre os mais vendidos, graças à sua operação silenciosa, facilidade de direção e baixa necessidade de manutenção em cidades recém-pavimentadas. Somente quando as estradas melhoraram e os veículos a gasolina se tornaram mais acessíveis é que a primeira era de carros elétricos terminou, auxiliada pelo aumento da prevalência de postos de gasolina, a falta de opções de carregamento para baterias e o curto alcance dos primeiros elétricos.

BMW 1602e concept - 11
Baterias do BMW 1602e concept (1972)

Renascimento

O renascimento moderno dos veículos elétricos foi possível graças às baterias de íon-lítio, usadas pela primeira vez nos anos 70. No início dessa década, a Volkswagen construiu uma boa quantidade de micro-ônibus convertidos para energia elétrica, usando baterias de chumbo-ácido que você encontra hoje sob o capô dos veículos movidos a gás. A base de baterias no assoalho fornecia 40 km de autonomia - e acrescentava 837 kg de peso. Hoje, a maior bateria de íon-lítio possui quatro vezes mais energia (mais de 100 kWh) com cerca de 1/3 do peso.

E a bateria está no centro do motivo pelo qual os veículos elétricos são considerados por especialistas como uma das melhores opções para veículos capazes de combater as mudanças climáticas. Os veículos movidos a combustível líquido usam apenas cerca de 1/3 da energia gerada para mover o veículo - o resto é perdido na forma de calor e fricção e gera dióxido de carbono quando queimado. Resíduos semelhantes acontecem com combustíveis alternativos, do etanol ao hidrogênio. Mas, de acordo com a EPA, os veículos elétricos normalmente convertem mais de 75% de sua energia em movimento e, se carregados com energia renovável, têm zero emissões diretas no uso.

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Célula de bateria - Tesla

Funcionamento das baterias modernas

A maioria dos proprietários de carros elétricos nunca verão as baterias que alimentam seus veículos. Na plataforma de muitos desses veículos, as baterias são embutidas no assoalho para distribuição ideal do peso. E em muitos casos são como um pacote modular, onde baterias planas individuais são agrupadas em 24 unidades em um "módulo", dando origem a até 12 módulos que estão conectados em uma única unidade como os quadrados de uma barra de chocolate.

Existem várias razões para construir baterias de carros elétricos desta forma. Células menores carregam mais energia por quilo. Fica mais fácil adicionar ou subtrair módulos de bateria para oferecer elétricos com diferentes autonomias e preços. Mais importante ainda, como cada bateria pode ser controlada individualmente por meio de software, pode ser mais fácil maximizar o fluxo de energia e a vida útil da bateria, ajudando a garantir um fornecimento estável de energia conforme as baterias descarregam.

Células de bateria contemporâneas Amperex Technology Co., Limited (CATL)
"Pack" de baterias da chinesa CATL

Esses sistemas podem armazenar e distribuir enormes quantidades de energia elétrica. Uma bateria típica de telefone celular funciona com 3,7 volts; a bateria na plataforma do veículo elétrico opera normalmente na faixa de 400 volts, mas também há veículos com arquitetura de 800 volts.

A energia da bateria para veículos apresenta algumas desvantagens. Os carros elétricos simplesmente não armazenam tanta energia quanto um veículo de combustível líquido e, portanto, têm autonomia mais curta. Pode levar horas para recarregar uma bateria grande em uma tomada doméstica de 110 volts e, embora haja opções de carregamento rápido, o uso diário de carregamento de alta potência pode diminuir a vida útil das células. Lembrando que as baterias são o componente mais caro do veículo.

gm bateria

Bateria de estado sólido

O Grupo Volkswagen, a Tesla, a Toyota e grandes montadoras chinesas estão enfrentando esse desafio ao trabalhar para viabilizar a bateria de estado sólido. Hoje, a maioria das baterias de íon-lítio usa um eletrólito líquido ou gel. Um eletrólito sólido poderia, em teoria, criar uma bateria que retém mais energia, a um custo menor, com tempos de recarga mais rápidos em uso normal. 

Galeria: Volkswagen - fábrica de carros elétricos Zwickau