A tecnologia móvel está aumentando em potênciaexponencialmente, mas a tecnologia da bateria não está acompanhando. Estamos atingindo os limites físicos do que os projetos convencionais de íons de lítio e polímero de lítio podem fazer. A solução pode ser algo chamado bateria de estado sólido.
O que é uma bateria de estado sólido?
Em um design de bateria convencional - mais comumenteíon de lítio - dois eletrodos de metal sólido são usados com um sal líquido de lítio atuando como eletrólito. As partículas iônicas se movem de um eletrodo (o cátodo) para o outro (o ânodo) à medida que a bateria é carregada e ao contrário, à medida que é descarregada. O eletrólito líquido de sal de lítio é o meio que permite esse movimento. Se você já viu uma bateria corroer ou ser perfurada, o "ácido da bateria" que escorre (ou às vezes explode) é o eletrólito líquido.
Em uma bateria de estado sólido, tanto o positivo quanto oeletrodos negativos e o eletrólito entre eles são pedaços sólidos de metal, liga ou algum outro material sintético. O termo "estado sólido" pode lembrá-lo de unidades de dados SSD, e isso não é uma coincidência. As unidades de armazenamento de estado sólido usam memória flash, que não se move, ao contrário de um disco rígido padrão, que armazena dados em um disco magnético giratório alimentado por um pequeno motor.
Embora a idéia de baterias de estado sólido tenha sidohá décadas, os avanços em seu desenvolvimento estão apenas começando, atualmente estimulados por investimentos de empresas de eletrônicos, montadoras de automóveis e fornecedores industriais em geral.
O que há de melhor nas baterias de estado sólido?
As baterias de estado sólido prometem algumas vantagens distintas sobre seus primos cheios de líquido: melhor duração da bateria, tempos de carregamento mais rápidos e uma experiência mais segura.
As baterias de estado sólido comprimem o ânodo,cátodo e eletrólito em três camadas planas em vez de suspender os eletrodos em um eletrólito líquido. Isso significa que você pode torná-las menores - ou pelo menos mais planas - enquanto mantém tanta energia quanto uma bateria maior à base de líquido. Portanto, se você substituísse a bateria de íon de lítio ou polímero de lítio do telefone ou laptop por uma bateria de estado sólido do mesmo tamanho, a carga seria muito mais longa. Como alternativa, você pode criar um dispositivo que retenha a mesma carga muito menor ou mais fino.
As baterias de estado sólido também são mais seguras, poisnão há líquido tóxico e inflamável para derramar e eles não emitem tanto calor quanto as baterias recarregáveis convencionais. Quando aplicadas a baterias que alimentam eletrônicos atuais ou mesmo carros elétricos, elas também podem recarregar muito mais rapidamente - os íons podem se mover muito mais rapidamente do cátodo para o ânodo.
De acordo com as pesquisas mais recentes, uma bateria de estado sólido pode superar as baterias recarregáveis convencionais em 500% ou mais em termos de capacidade e carregar em um décimo do tempo.
Quais são as desvantagens?
Como as baterias de estado sólido são um emergentesão incrivelmente caras de fabricar. Tão caro, de fato, que eles não são instalados em nenhum dos principais eletrônicos de consumo no momento em que escrevo. Em 2012, analistas que escreviam para o departamento de Análise de software e processamento de materiais avançados da Universidade da Flórida estimavam que uma bateria de estado sólido típica do tamanho de um telefone celular custaria cerca de US $ 15.000 para ser fabricada. Um grande o suficiente para alimentar um carro elétrico custaria US $ 100.000.
Parte disso ocorre porque as economias de escalanão estão no lugar - centenas de milhões de baterias recarregáveis são fabricadas todos os anos agora, de modo que o custo de fabricação dos materiais e equipamentos está espalhado por grandes linhas de suprimentos. Existem poucas empresas e universidades pesquisando baterias de estado sólido, portanto o custo para produzir cada uma é astronômico.
Outra questão são os materiais. Embora as propriedades de vários metais, ligas e sais metálicos usados em baterias recarregáveis convencionais sejam bem conhecidas, atualmente não sabemos a melhor composição química e atômica para um eletrólito sólido entre ânodos e cátodos metálicos. A pesquisa atual está diminuindo isso, mas precisamos coletar dados mais confiáveis antes que possamos reunir ou sintetizar os materiais e investir em processos de fabricação.
Quando vou usar uma bateria de estado sólido?
Como em todas as tecnologias emergentes, tentar descobrir quando você vai colocar as mãos nela é, na melhor das hipóteses, adivinhação.
É encorajador que muitas empresas enormesestão investindo na pesquisa necessária para trazer baterias de estado sólido para o mercado consumidor, mas, apesar de uma grande inovação no futuro imediato, é difícil dizer se haverá um grande salto em frente. Pelo menos uma empresa de automóveis diz que estará pronta para colocar um em um veículo até 2023, mas não adivinha quanto vai custar esse carro. Cinco anos parecem excessivamente otimistas; dez anos parece mais provável. Pode levar vinte anos ou mais até que os materiais sejam assentados e os processos de fabricação sejam desenvolvidos.
Mas, como dissemos no início do artigo,A tecnologia convencional de baterias está começando a bater em uma parede. E não há nada como vendas em potencial para estimular a pesquisa e o desenvolvimento. É pelo menos um pouco (muito, muito levemente) possível que você possa usar um gadget ou dirigir um carro alimentado por uma bateria de estado sólido em breve.
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