Imagina carregar o teu veículo elétrico no tempo que demoras a beber o teu café
Chunsheng Wang está a desenvolver uma composição química para baterias com o objetivo de acelerar os tempos de carregamento
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É difícil ignorar a diferença: é possível encher o depósito de um carro em apenas alguns minutos. Carregar a bateria de um veículo elétrico (VE) pode demorar 30 minutos ou mais. Chunsheng Wang, Professor Universitário Distinto de Engenharia Química e Biomolecular na Universidade de Maryland, e a sua equipa estão a trabalhar para reduzir esse tempo — um passo fundamental para a transição do domínio dos veículos movidos a combustíveis fósseis para veículos elétricos mais limpos e eficientes. «Se se quer competir com o motor a gasolina, é preciso ter um tempo de carregamento semelhante para a bateria», afirma Wang.
O Departamento de Energia dos EUA (DOE) está a apelar ao desenvolvimento de baterias para VE que carreguem até 80% em menos de 15 minutos. Wang e Chang-Xin Zhao, um investigador do seu laboratório, estão a trabalhar para superar esta meta, reduzindo o tempo de carregamento para apenas 10 minutos — o que eles chamam de «tempo de um café».
«Quando terminar o seu café, o veículo já estará carregado», afirma Zhao. «É isso que queremos alcançar.»
A barreira oculta ao carregamento rápido
Esforços anteriores para acelerar o carregamento centraram-se na alteração da estrutura dos elétrodos da bateria, o que, inadvertidamente, reduz a quantidade de energia que uma bateria consegue armazenar — uma compensação problemática.
O grupo de Wang está a conceber formas de contornar esta compensação, concentrando-se na química das baterias. Numa investigação descrita na revista «Science», a sua equipa, liderada por Zhao, identificou uma limitação latente no eletrólito, o meio através do qual os iões de lítio se deslocam quando uma bateria é descarregada ou carregada. Durante o carregamento, os iões deslocam-se do terminal positivo da bateria para o negativo. Mas não fazem essa viagem sozinhos: cada ião capta várias moléculas de um componente essencial do eletrólito, o seu solvente, e arrasta-as consigo.
Se o carregamento decorrer lentamente, o solvente flui de volta para o material poroso do terminal positivo, reabastecendo-o. Durante o carregamento rápido, no entanto, o solvente não consegue acompanhar o ritmo: o elétrodo seca e o carregamento abranda significativamente. Os químicos já conheciam este fenómeno — denominado «arrasto eletro-osmótico» — nas células de combustível, mas a sua ocorrência nas baterias de iões de lítio tinha sido ignorada até este estudo liderado pela Universidade de Maryland.
Redesenhar o eletrólito
A equipa descobriu que era possível reduzir o risco de secagem dos elétrodos redesenhando os eletrólitos.
Ao adicionarem grupos químicos contendo flúor às moléculas do solvente nos eletrólitos, os investigadores reduziram a atração entre o solvente e os iões de lítio e facilitaram o retorno do solvente para o terminal positivo. Esta nova composição química reduz drasticamente as hipóteses de os elétrodos secarem, mesmo a velocidades de carregamento rápido.
Testaram o eletrólito modificado construindo uma pequena bateria denominada «célula tipo bolsa» de quatro ampères-hora. Embora seja difícil atingir uma carga de 100% sem sacrificar outros aspetos do desempenho da bateria, os resultados situaram-se dentro das metas do DOE:
- 80% de carga em 12,8 minutos
- 90% de carga em 14,7 minutos
Estabelecer um novo padrão
Wang pretende reduzir ainda mais os tempos de carregamento, para 10 minutos, combinando o solvente fluorado com uma segunda estratégia baseada na química: um eletrólito adaptativo que a sua equipa desenvolveu. Esta substância separa-se para proteger ambos os terminais das tensões causadas pelo carregamento rápido.
Reduzir os tempos de espera é apenas parte do objetivo. A sua equipa está também a trabalhar para prolongar a duração das baterias quando não estão a ser utilizadas e ampliar as temperaturas a que funcionam.
«Queremos construir uma bateria que possa satisfazer todos os requisitos, sem sacrificar nada», afirma Wang. «Esse é o nosso objetivo.»
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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