Imagine que você pegou a estrada com seu carro elétrico, e percebe que a carga da bateria está baixa. Você encosta em um posto, pluga o carro a um carregador e entra no restaurante do posto para fazer um lanche. Quando volta, as baterias de grafeno estão completamente carregadas e o carro está pronto para percorrer mais 400 km.

Esse cenário, que hoje parece coisa de ficção, pode se tornar realidade se as baterias de grafeno, uma substância com poderes quase mágicos, cumprirem sua promessa: carregar mais rápido, armazenar mais energia, custar menos e durar mais. E elas podem chegar ao mercado já no ano que vem.

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“O grafeno é um material incrível, e é particularmente incrível como material para baterias”, diz Chip Breitenkamp, cientista de polímeros e Vice-Presidente de desenvolvimento de negócios da NanoGraf, empresa que está desenvolvendo baterias de grafeno.

Com baterias de grafeno, recarregar um carro elétrico pode ser quase tão rápido quanto encher o tanque num posto de gasolina

Em declaração ao site Futurism, ele afirma que a tecnologia “pode fazer com que as baterias se carreguem mais rápido e dissipem calor de um jeito mais eficiente. Isto tem grandes implicações.”

“Significa que ferramentas elétricas não vão sobrecarregar tão rapidamente. Significa que eletrodomésticos poderão servir às famílias melhor e por mais tempo. E, eventualmente, significa que os carros elétricos serão recarregados mais rapidamente”, afirma.

E a carga rápida não é o único argumento. A NanoGraf afirma que em laboratório suas baterias de grafeno tem aumento de 50% na vida útil em comparação às de íons de lítio, e uma redução de 25% na pegada de carbono. E oferecem a mesma capacidade com metade do peso.

Por que usar grafeno?

O lítio é atualmente o material mais usado atualmente, pois tem alta capacidade elétrica. Mas ele não é tão bom condutor de energia, e tende a se deformar quando descarrega. Isso leva a rachaduras no material, que fazem com que a bateria deixe de funcionar com o tempo.

O grafeno é um arranjo de átomos de carbono em uma camada com apenas um átomo de espessura. Ele é altamente condutivo, o que significa que a energia flui mais facilmente. Também é mais rígido, o que evita a deformação do lítio e faz com que a bateria dure mais.

Misturar grafeno, ou materiais relacionados como os óxidos de grafeno e óxidos reduzidos de grafeno, ao lítio resolve ambos os problemas. A resistência extra também faz com que as baterias de grafeno sobrevivam a mais ciclos de carga do que uma convencional.

Cientista manipula uma folha de grafeno em um laboratório. Imagem: BONNINSTUDIO

Isso porque é possível exigir mais delas, carregando-as com uma corrente elétrica maior. Elas irão se degradar mais rapidamente do que sob uso normal, mas os ciclos extras mais que compensam o problema e fazem com que durem mais tempo.

Samuel Gong, CEO da Real Graphene, diz à Futurism que acredita que a tecnologia de sua empresa poderia recarregar as baterias de um carro em bem menos de uma hora.

“Também temos uma quantidade maior de ‘ciclos’ que podemos sacrificar, porque as pessoas normalmente não mantêm seus produtos por mais do que alguns anos”, disse. “Por isso de certa forma podemos ‘abusar’ mais de uma bateria de grafeno”.

Desafios na produção de baterias de grafeno

“Acredito que as baterias de grafeno são tão importantes para a evolução da tecnologia quanto algo como o plástico”, afirma Gong. “No futuro elas poderão ser aplicadas a qualquer coisa”.

Mas se o grafeno foi isolado pela primeira vez em 2004, porque só agora falamos em colocar ele em tudo? Uma resposta é a dificuldade em projetar um material exatamente sob medida.

“Nos últimos 15 ou 20 anos, basicamente toda a comunidade de armazenamento de energia vem trabalhando muito na criação de um bom material nano composto, ou seja, uma forma de fazer com que um ânodo (o polo negativo) de silício e grafeno em uma bateria tenha as propriedades desejadas”, diz Christos Athanasiou, engenheiro da Brown University nos EUA que já publicou pesquisas relacionadas a baterias de grafeno.

Cientistas da Rice University, nos EUA, descobriram como transformar lixo em grafeno “em um flash”

“Ao longo dos anos ficou mais fácil produzir grafeno, e encontramos outros nanomateriais baseados nele, como o óxido de grafeno. Estes nanomateriais oferecem propriedades ainda melhores”, diz ele. “O óxido de grafeno se funde melhor ao silício, por exemplo. E o óxido de grafeno reduzido é ainda melhor”.

Outra barreira é a certificação. “Não é uma questão de se funciona, mas quanto tempo é necessário para que seja aprovado do ponto de vista da segurança e longevidade”, diz Breitenkamp. “As baterias em veículos elétricos (EVs) exigem ciclos de teste extremamente longos, então precisam ser testadas por três ou quatro anos no mínimo”.

“Não é uma questão de colocar nossa tecnologia em um carro elétrico agora, mas sim de toda a validação necessária para que ela possa entrar em um EV”, afirma.

Vários dos pesquisadores entrevistados pelo Futurism especulam que a Tesla está, secretamente, fazendo experiências com baterias de grafeno em seus veículos. Embora todos afirmem que por enquanto isso não passa de uma suposição.

“Não tenho dúvidas de que a Tesla está trabalhando nesta tecnologia”, disse Gong, que também afirma que construir carregadores poderosos o suficiente pode ser um desafio maior do que produzir as baterias de grafeno.

Curto-circuito

Segundo ele, se uma grande montadora realmente colocasse no mercado baterias de grafeno a enorme demanda dos carregadores poderia sobrecarregar completamente a infraestrutura elétrica.

“A rede elétrica mal pode aguentar o que temos hoje, pelo menos na região da Baía de San Francisco. É algo que não vejo acontecendo simplesmente porque seria energia demais”, afirma.

“Não é uma questão de construir uma usina nuclear para atender à demanda, é também a distribuição dessa energia, ou seja, se a rede elétrica da cidade consegue sustentar este aumento na capacidade”.

Ainda falta escala

Athanasiou diz que os cientistas conseguem fazer ótimos protótipos em um laboratório, mas progredir para a produção em massa de produtos finalizados é um desafio completamente à parte.

“O que posso dizer é que a ciência existe”, diz ele. “Entretanto, em se tratando da tecnologia, ela ainda não está pronta. Sabemos como fazer estes nano compostos de silício e grafeno, mas o grande desafio é fazer isso de forma reprodutível”.

“Estamos animados em ver a eletrificação se tornando realidade”, diz Breitenkamp sobre o potencial do grafeno para revolucionar a indústria automobilística.

“Nos últimos dez anos, ela parecia algo meio que incerto. Conseguir produzir um carro elétrico barato o suficiente para que todos possam colocar em suas garagens vai mudar muita coisa. Vai mudar a narrativa da mudança climática, e até o mercado de trabalho”, afirma.

Fonte: Futurism