A eletrificação da frota mundial de automóveis avança a passos largos. O mais recente relatório da International Energy Agency (organização internacional de fomento da indústria de energia) indica que 6,6 milhões de carros elétricos foram vendidos no planeta em 2021 – uma participação de mercado de 8,57%. É mais que o dobro de 2020. E, se voltarmos a 2012, o total de elétricos vendidos naquele ano inteiro representa o que foi comercializado em apenas uma semana de 2021. Ou seja, que o futuro dos carros é elétrico, pouca gente duvida. Mas qual é o papel das baterias nessa história?
Até chegar ao ponto em que os elétricos vão superar a produção de veículos com motores de combustão interna, há alguns desafios pelo caminho. Como a ampliação da rede de recarga, por exemplo. E se pensarmos apenas no automóvel em si, não há dúvidas de que as baterias são o ponto crucial. É por isso que praticamente todas as fabricantes (e também o governo de muitos países, além de universidades e outras empresas do setor) vêm investindo pesado na pesquisa e desenvolvimento desses componentes.
As questões das baterias atuais
As baterias de íons de lítio são o padrão atual dos carros elétricos. Elas surgiram no início da década de 1990, voltadas principalmente para eletrônicos. Sua migração para os carros elétricos foi natural – mas a autonomia era um fator limitante. O Nissan Leaf, pioneiro entre os 100% elétricos contemporâneos, rodava cerca de 160 km com uma carga de bateria. Hoje, já há modelos com autonomia superior a 500 ou 600 km. O tempo de recarga também era uma questão crucial – e existem outras tantas importantes.
O custo é um deles – as baterias de carros elétricos são o componente mais caro. Outra questão é o eletrólito líquido, altamente inflamável – imagine os possíveis cenários em um acidente. Por isso, elas precisam ser acondicionadas em compartimentos de segurança que são pesados e ocupam muito espaço. Além disso, o cobalto, um dos seus elementos mais usados, é caro e tóxico. Essa pequena lista dá a dimensão do desafio.
Cobertor curto
A estrutura de uma bateria é composta pelo ânodo (eletrodo positivo), cátodo (negativo), o separador das duas polaridades e o eletrólito condutor. Quando conectadas a um circuito elétrico, a corrente elétrica é gerada pela migração dos elétrons do ânodo para o cátodo, por meio do eletrólito, enquanto os íons de lítio fazem o caminho inverso. O fluxo é invertido quando a bateria é recarregada.
“Grande parte da pesquisa atual é relacionada à combinação dos materiais utilizados nas baterias e em seu design”, explica Raul Beck, pesquisador da área de baterias e coordenador da Comissão Técnica de Veículos Elétricos e Híbridos da SAE BRASIL. Ao mesmo tempo, outra tendência atual, segundo Fátima Rosolem, pesquisadora da área de baterias do CPqD (organização voltada para pesquisa e desenvolvimento de tecnologias e inovação), é o uso da nanotecnologia. “A estrutura molecular dos materiais é reorganizada para, por exemplo, melhorar o fluxo e a acomodação dos íons, de forma a melhorar o seu desempenho”.
Conseguir equilibrar tantas demandas nas baterias de carros elétricos é um dos grandes desafios. Um exemplo é a bateria de titanato de lítio, que oferece autonomia e vida útil muito maior – mas o custo do titânio inviabiliza o seu uso em larga escala. Em outras palavras, o cobertor é curto. Além disso, uma coisa é obter os resultados em laboratório, em um experimento controlado. Outra, é levar isso para uma produção em série, em que o resultado precisa se repetir com mínima margem de variação.
Aposta da Tesla
Neste jogo de estica e puxa, a questão do cobalto já está sendo resolvida, com sua substituição por outros elementos, mais acessíveis e não tóxicos. É o que acontece, por exemplo, nas novas baterias de carros elétricos desenvolvidas pela Tesla, batizada de 4680. No lugar do cobalto, o cátodo usa níquel. Além disso, no lugar do grafite, material mais comum no ânodo, a 4680 usa o silício – abundante na Terra e que também reduz custos. O nome 4680 vem de suas medidas. Cilíndrica, ela tem 46 mm de diâmetro e 80 mm de altura.
Mas, criado do zero, o design é a base da inovação. A 4680 ocupa metade do espaço e gera a mesma energia de uma bateria do atual Model Y (ambas são de íons de lítio), segundo a empresa de Elon Musk. A Tesla diz que o custo por km caiu 56%, ela oferece 16% mais autonomia e sua estrutura reduz o tempo de carregamento para só 15 minutos – e ela ainda teria vida útil de 1 milhão de km. Além disso, após 4 mil ciclos de carga e descarga, ela mantém 90% de sua capacidade. Ela deve equipar o primeiro Tesla em 2023.
Lâmina chinesa
A bateria Blade, da chinesa BYD, é outra solução recente, composta de fosfato de ferro e lítio. “É uma composição desenvolvida pela BYD e que é mais estável, com menor deterioração, permitindo mais ciclos de recarga”, afirma Adalberto Maluf, diretor de marketing e sustentabilidade da BYD no Brasil. “Seu design também facilita a reciclagem, o que é importante pelo lado ambiental e econômico. Recuperar o lítio de baterias antigas custa 20% do valor do lítio puro“, aponta Maluf.
Mas o principal trunfo da Blade está na arquitetura, que faz um melhor aproveitamento do espaço, com células longas e finas – em formato de lâmina, como o nome em inglês sugere, e possuem bordas resistentes. Elas se encaixam em um painel de alumínio de alta resistência em forma de paralelepípedo. Dessa forma, passam a fazer parte da estrutura do pacote, dispensando boa parte das vigas e travessas de sustentação.
No mesmo espaço e com peso menor, é possível ter 50% mais pacotes de baterias, e ela ainda pode receber cargas rápidas sucessivas sem problemas. Mas a segurança é o seu atributo mais forte. A Blade superou todos os testes de perfuração e esmagamento, com resultados muito melhores que as de fosfato de ferro na arquitetura tradicional e também as de íons de lítio. Não apresentou vazamento do eletrólito, nem aumento da temperatura ou explosão. Elas já equipam os veículos de passeio da BYD, como o Tan EV, que chega em breve ao Brasil.
O santo graal
Quem vem mobilizando a indústria automobilística – e tratada como o santo graal dos carros elétricos – é a bateria de estado sólido. Como o nome já sugere, elas não usam eletrólito líquido, mas sim um eletrólito sólido. Hoje em dia, elas estão presentes em equipamentos como smartwatches e marcapassos. E qual o motivo de tanta expectativa em relação a essas baterias?
