Novos tipos de bateria

Tenho lido várias notícias sobre revoluções na concepção de baterias e formas de recarga. Desde aquelas usadas nos celulares até as dos carros elétricos. E tenho ficado satisfeito com o andamento das pesquisas e seus resultados. Esse post é para apresentar alguns desses projetos.

O primeiro, usa dois dos elementos mais abundantes no orbe: oxigênio e silício. Se funcionar a contento, poderá impactar bastante nas nossas vidas num futuro próximo. Na foto acima, Dentro de 10 anos, prevê o pesquisador, será possível construir baterias para carros elétricos feitas de silício, que se transformarão em areia durante o uso, que será reciclada em silício e transformado em bateria novamente.

Utilizando oxigênio e silício, o segundo elemento químico mais abundante na crosta terrestre, cientistas criaram um novo conceito de bateria capaz de fornecer energia de forma ininterrupta por milhares de horas, sem necessidade de substituição. A grande vantagem dessas baterias de ar-silício é que elas dispensam o catodo das baterias convencionais - o catodo é o oxigênio captado da atmosfera, e que flui para o interior da bateria através de uma membrana.

Isto torna estas novas baterias potencialmente mais baratas e mais leves, além de terem um prazo de validade virtualmente ilimitado, não perdendo a carga enquanto estão na prateleira do supermercado.

Por usarem silício, um material estável e não-tóxico, além da leveza e da flexibilidade, estas baterias serão úteis para aplicações médicas, como a alimentação de aparelhos de audição e outras órteses e próteses. Sensores ambientais são também candidatos naturais.

A rigor, contudo, não existem limites técnicos para seu uso. "As baterias de ar-silício serão usadas em qualquer lugar e da mesma forma que as atuais," diz o professor Yair Ein-Eli, do Instituto de Tecnologia Technion, que acrescenta que um dos objetivos agora é torná-las recarregáveis.

O conceito de baterias metal-ar não é novo, e já foram feitas várias tentativas para aumentar sua potência a fim de que elas possam alimentar veículos elétricos. A Toyota e a Panasonic anunciaram recentemente um esforço para aprimorar uma bateria de zinco-ar para uso em veículos.



Eletricidade de bactérias será usada no monitoramento ambiental
Inúmeras equipes de pesquisadores de universidades e empresas ao redor do mundo estão trabalhando no desenvolvimento das células a combustível, equipamentos capazes de gerar eletricidade a partir do hidrogênio, sem poluentes, gerando apenas água pura como subproduto.

Embora a maioria dessas células a combustível funcione diretamente com o hidrogênio, armazenado em tanques ou na forma de um composto sólido, já existem vários protótipos alimentados por biocombustíveis e até por açúcar.

Na foto acima, uma pesquisadora faz leituras das diversas células a combustível bacterianas experimentais, montadas dentro de pequenos tubos de ensaio.

Numa outra linha de pesquisa estão as células a combustível bacterianas, nas quais micróbios e bactérias metabolizam seu alimento - matéria orgânica retirada de águas servidas, por exemplo - e liberam elétrons que se transformam em uma corrente elétrica estável.

Uma fonte alternativa de energia que, além de não ser poluidora, ainda elimine uma parte dos esgotos jogados diariamente nos rios, poderá fazer uma grande diferença.

O professor Derek Lovley, da Universidade de Massachusetts, nos Estados Unidos, já havia descoberto que, quando as bactérias formam um biofilme no interior da célula a combustível, o rendimento elétrico da célula aumenta em até 10 vezes.

Lovley e sua equipe isolaram uma cepa específica da bactéria Geobacter sulfurreducens, que eles batizaram de KN400, que cresce rapidamente na superfície dos anodos de grafite das células a combustível bacterianas, formando uma colônia muito densa - é essa colônia que recebe o nome de biofilme.






Baterias de imprimir são finas como papel e pesam menos de um grama
Se há um campo que precisa urgentemente de uma tecnologia disruptiva, daquelas que quebram os paradigmas atuais e levam a técnica para um outro patamar, este campo é o das baterias.

As baterias atuais são razoáveis, mas não muito mais do que isso. Elas são grandes, pesadas e caras. Baterias com alta densidade de energia que não tivessem esses problemas poderiam viabilizar de vez, entre outros inúmeros exemplos, os veículos elétricos e o uso das energias eólica e solar.

Os pesquisadores do Instituto Fraunhofer, na Alemanha, estão fazendo a sua parte. Ainda não é a bateria que o mundo aguarda, mas poderá resolver vários pequenos problemas, literalmente. Eles apresentaram nesta semana a sua nova bateria, que é fina como um papel, com uma espessura menor do que 1 milímetro e pesando menos de 1 grama. E que pode ser fabricada em larga escala por um processo de impressão.

A nova bateria não contém mercúrio e gera uma tensão de 1,5 V, similar à das pilhas convencionais, o que a torna adequada ao uso imediato nos equipamentos eletrônicos atuais. Imprimindo várias delas em série pode-se alcançar tensões de 3 V, 4,5 V, 6 V e assim por diante.

Ela é composta de várias camadas, incluindo um anodo de zinco e um catodo de manganês. O zinco e o manganês reagem um com o outro para produzir a eletricidade. Entretanto, as camadas do anodo e do catodo volatilizam-se gradualmente durante o processo químico em que geram eletricidade. Isso torna a bateria útil em produtos com tempo de vida curta ou que exijam potências muito baixas, como cartões de crédito ativos, etiquetas RFID, sensores e outros dispositivos portáteis.

Como o processo de fabricação da bateria ultrafina é muito simples, similar ao utilizado na impressão de silk-screen, os pesquisadores afirmam que ela poderá estar disponível comercialmente até o final de 2009.


Bateria de papel é feita com tinta de nanotubos de carbono
Uma equipe de cientistas da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, conseguiu criar uma bateria a partir de papel comum, usado em copiadoras. Os pesquisadores começaram a pesquisa pintando o papel com uma espécie de tinta, formada por estruturas minúsculas e cilíndricas feitas de carbono - os já muito conhecidos nanotubos de carbono.

O papel coberto com a solução de nanotubos de carbono é inicialmente mergulhado em uma solução com lítio - o mesmo metal usado na fabricação das baterias recarregáveis comuns - e um eletrólito (condutor de eletricidade), possibilitando a reação química que gera a corrente elétrica da bateria. O papel atua coletando a carga elétrica desta reação.

Depois de submetê-lo a esse tratamento, os cientistas então envolveram o pedaço de papel em uma pequena bolsa de plástico. Pedaços de platina foram colocados nas pontas do papel tratado, para melhorar o contato elétrico da bateria com os eletrodos.

Os fios que agem como eletrodos, para coletar a corrente, foram ligados ao papel tratado e colocados de forma a sair pelas extremidades seladas da bolsa de plástico. Com isso, os cientistas conseguiram uma tensão que alcançou 2,3 volts, mais do que suficiente para acender LEDs e pequenas lâmpadas - uma pilha recarregável comum tem tensão de 1,2 volts.

O uso do papel, segundo os pesquisadores, pode reduzir o peso das baterias em 20%. Geralmente pilhas e baterias são feitas com metais, o que aumenta seu peso.
Liangbing Hu, que liderou a pesquisa, afirmou que o aspecto mais importante desta nova bateria é que o papel é um material cujas propriedades são bem conhecidas, e é barato, o que facilita sua aplicação, podendo ser a solução para armazenagem de energia de uma forma mais eficiente e barata. A tecnologia desenvolvida na indústria do papel durante um século pode ser transmitida para melhorar o processo e a performance destes dispositivos que usam o papel como base.

As baterias de papel criadas pela equipe de Stanford também podem liberar a energia armazenada rapidamente. A "quantidade de energia" armazenada em uma bateria está geralmente na razão inversa da sua capacidade de liberá-la rapidamente. A comparação mais simples é com os capacitores, dispositivos capazes de armazenar pouca energia, mas de liberá-la de forma quase instantânea.

Esta característica pode ser aproveitada em situações na qual são necessárias rápidas explosões de energia, como em veículos elétricos - apesar de a equipe não ter planos imediatos de desenvolver baterias de papel para carros. Parece mesmo coisa de ficção científica.

Os cientistas afirmaram que a técnica para produzir a bateria de papel pode ser adaptada no futuro para permitir que a tinta formada por nanotubos de carbono seja aplicada em outras superfícies, como paredes. Eles também já fizeram experiências com vários tecidos, o que abriria o caminho para a fabricação de baterias também com esses materiais.

O papel é um bom candidato para receber a tinta com os nanotubos de carbono devido à sua estrutura com milhões de fibras minúsculas e interconectadas. Ele também é um material forte, que pode ser curvado, enrolado ou dobrado mais do que metais ou superfícies plásticas que já estão sendo usadas em baterias.

Baterias pequenas com nanotubos já foram criadas antes, mas o uso de papel comum poderá baratear esta tecnologia e poderá também levar a uma nova forma de armazenamento de energia, que poderá usar a "pintura" do material com elemento essencial.

Bem, designers, por aqui podemos vislumbrar vários caminhos para gerar inovações tecnológicas, não? Mentes e mãos à obra!