Se as baterias de grafeno fizerem tudo o que os cientistas dizem, elas podem mudar o mundo. Têm muito mais potência. Eles carregam quase instantaneamente. Por que está a demorar tanto para colocá-las cá fora?
Imagine que você está a fazer uma viagem no seu novo carro elétrico, equipado com a mais recente bateria de grafeno. Você percebe que está a ficar sem energia, então pára numa estação de serviço, liga a tomada e entra para tomar um café.
Quando terminar e voltar para fora, o seu carro já estará quase carregado e pronto para mais 500 quilometros sem parar.
Este é o futuro do transporte que certos cientistas prometem que chegará em breve. Eles dizem que superpotentes baterias com grafeno, uma folha de carbono com apenas um átomo de espessura, equiparão desde ferramentas elétricas a carros elétricos, irão carregar mais rápido, manter mais energia, custar menos e talvez até mesmo ajudar a civilização a finalmente afastar-se dos combustíveis fósseis que destroem o planeta . E essas baterias maravilhosas podem começar a funcionar, dizem eles, em algum momento do próximo ano.
“O grafeno é um material incrível e é particularmente incrível como material para baterias”, disse Chip Breitenkamp, cientista de polímeros e VP de desenvolvimento de negócios da empresa de baterias de grafeno NanoGraf. A tecnologia, disse ele, pode “fazer as baterias carregarem mais rápido e dissipar o calor de forma mais eficaz. Isso tem grandes implicações. Isso significa que as ferramentas elétricas não superaquecem tão rapidamente. Significa que os eletrodomésticos responderão melhor aos seus utilizadores durante mais tempo. E, eventualmente, significa que os carros elétricos podem carregar mais rápido”.
“Essencialmente, o grafeno pode desempenhar um papel central na geração de um futuro elétrico sustentável”, acrescentou Breitenkamp.
O carregamento rápido não é a unica vantagem de venda. No laboratório, a NanoGraf diz que as suas baterias de grafeno mostram um aumento de 50% no tempo de vida em comparação com as convencionais de íons de lítio, uma queda de 25% na pegada de carbono e metade do peso necessário para fornecer a mesma potência.
A ideia básica resume-se à química. Ao longo de décadas, os fabricantes de baterias passaram a adotar o lítio em vez do silício porque ele tem uma alta capacidade elétrica. Mas o lítio tem dois problemas principais. Conduz mal a eletricidade e tende a deformar-se fisicamente à medida que descarrega, acabando por fissurar e rachar. Misturar ou revestir o lítio com grafeno, ou mais recentemente, nanomateriais relacionados como óxidos de grafeno e óxidos de grafeno reduzidos resolve ambos os problemas. O grafeno é altamente condutor, permitindo que a eletricidade flua, e rígido, por isso ajuda o lítio a manter a sua forma, permitindo que a bateria dure mais.
“O grafeno tem uma condutividade eletrônica muito alta, então quando o colocamos no ânodo de silício, a condutividade realmente aumenta”, disse Christos Athanasiou, engenheiro da Brown University que publicou uma pesquisas sobre baterias de grafeno. “E o grafeno tem propriedades mecânicas muito boas, é muito, muito forte. Então, quando você tem o ânodo a expandir-se, o grafeno essencialmente impede essas variações de volume, então não permite que o ânodo de silício se expanda tanto, então ele não vai quebrar-se ”.
Outro benefício: como a robustez do grafeno concede às baterias muito mais ciclos de vida do que uma bateria convencional, dizem os defensores, elas podem debitar mais potência e podemos carregá-las mais rápido com uma corrente elétrica mais potente. Elas irão se degradar mais rapidamente, mas o au aumento dos ciclos carga.descarga garante-lhes uma vida útil mais longa do que as baterias convencionais.
Nanograf não é a única startup que diz que está a trabalhar no desenvolvimento de uma bateria prática de grafeno. Samuel Gong, o CEO da concorrente Real Graphene, disse que acredita que a tecnologia da sua empresa pode carregar um carro em menos de uma hora.
“Também temos uma maior capacidade de ciclos de vida que podemos sacrificar porque as pessoas geralmente não guardam os seus produtos mais do que alguns anos, provavelmente”, disse Gong. “De certa forma, uma bateria de grafeno pode suportar muito mais danos, o que permite aquele ciclo de vida extra. Podemos forçaá-las muito mais”.
O resultado, diz ele, é uma bateria barata com densidade de energia e desempenho muito maiores.
“Eu acredito que as baterias de grafeno são tão importantes para a evolução da tecnologia em comparação a algo como o plástico”, disse Gong, “onde no futuro elam poderiam ser aplicadas a quase tudo”.
As promessas são enormes, mas, ao mesmo tempo, afirmações específicas podem começar a parecer confusas. A Nanograf diz que já está a trabalhar com uma empresa de ferramentas elétricas e uma empresa que fabrica baterias para veículos elétricos para levar a sua tecnologia para o mercado, mas não conseguiu nomear esses parceiros específicos.
E Gong disse que o Real Graphene já está a equipar autocarros movidos a baterias de grafeno em Xangai, na China, mas quando procuramos mais detalhes sobre o programa, como qual é a empresa de autocarros e se as baterias estão a cumprir o que prometem, ele recusou comentar.
Na realidade o grafeno foi isolado pela primeira vez em 2004. Porquê é que agora há tanta pressão para a sua utilização agora?
“Nos últimos 15 a 20 anos, basicamente toda a comunidade de armazenamento de energia tem trabalhado muito sobre como fazer um bom material nanocompósito, como fazer com que este ânodo de grafeno de silício tenha as propriedades desejadas”, disse Athanasiou. “Então, recentemente, nos últimos anos, ficou mais fácil fazer grafeno, e existem outros nanomateriais à base de grafeno, como o óxido de grafeno”.
“Esses nanomateriais oferecem propriedades ainda melhores”, acrescentou. “O óxido de grafeno combina melhor com o silício, por exemplo. E então descobriu-se que quando se usa óxido de grafeno, ele oferece propriedades ainda melhores”.
Por outras palavras, o grafeno está nm estado perpétuo de "quase pronto para revolucionar o mundo" há anos. Mas com os custos de fabric a cair, várias startups disseram que suas baterias estarão à venda em pequenos dispositivos como ferramentas elétricas já no próximo ano. Depois disso, elas planeiam a tornar-se ainda mais ambiciosos.
“As baterias que vão nos Veiculos Elétricos (EV) requerem ciclos de teste extremamente longos”, disse Breitenkamp da NanoGraf . “Então, pode imaginar, essas baterias precisam de ser testadas por três a quatro anos, no mínimo. Não se trata de fazer a nossa tecnologia funcionar num EV. Acreditamos plenamente que sim, mas é uma questão de toda a validação necessária para entrar num EV”.
“Não é uma questão de funcionar, é uma questão de quanto tempo leva para obter a aprovação em coisas como segurança e longevidade”, acrescentou Breitenkamp.
É possível que as baterias de grafeno estejam a atrair interesse além da comunidade das startups. Na verdade, vários especialistas especulam que a Tesla pode estar secretamente a experimentar a mesma tecnologia.
“Não tenho dúvidas de que a Tesla está a trabalhar nesse tipo de tecnologia”, disse Gong, acrescentando que construir carregadores potentes o suficiente pode ser um desafio maior do que fabricar as próprias baterias de grafeno.
“Provavelmente sim, mas todas essas coisas são superconfidenciais”, disse Athanasiou. “Ninguém fora da empresa saberia realmente.”
Uma questão prática, disse Gong, seria que se um grande fabricante tivesse sucesso no desenvolvimento de baterias de grafeno prontas para o mercado, a enorme procura de carregamento que provocaria correria o risco de sobrecarregar completamente a infraestrutura elétrica. “A rede elétrica terá problemas de suportar neste momento uma transição rápida para o elétrico, não só na produção de energia mas também nas infraestruturas”
Também há, todos admitem, ainda problemas técnicos que precisam ser resolvidos. Um, disse Breitenkamp, é que pressionar as baterias com muita potência pode causar problemas como a deformação dendrítica, essencialmente um curto-circuito interno. Mas vários especialistas disseram que a fluência dendrítica do futuro pode ser resolvida com mais grafeno.
Para encurtar a história, disse Athanasiou, os cientistas podem fazer protótipos realmente bons no laboratório - mas entrar na produção em massa de produtos acabados é um desafio totalmente separado.
“O que posso dizer é que a ciência existe”, disse Athanasiou. “No entanto, em termos de tecnologia, ainda não está pronto. Nós sabemos como fazer esses grafenos de silício nanocompósito, mas como podemos torná-los reproduzíveis ainda é um grande desafio”.
E, claro, há o exagero que impulsiona o grafeno e mantém o interesse nele desde a sua descoberta. Ele foi transformado em solução milagrosa, anunciado como uma fonte infinita de eletricidade e até mesmo como uma forma de dessalinizar a água instantaneamente .
Parte disso é a necessidade dos cientistas de despertar o interesse no seu trabalho, disse Greg Less, diretor técnico do Laboratório de Bateria do Instituto de Energia da Universidade de Michigan. Mas também disse que não tem certeza do quão úteis as baterias de grafeno acabarão por ser. O grafeno não é a especialidade específica de Less, ele deixou claro, mas ele suspeita que possa desaparecer como outra moda passageira.
Ele citou os nanotubos de carbono como o “material milagroso” de antigamente, como exemplo. Os nanotubos de carbono são basicamente apenas pedaços de grafeno enrolados em tubos, e muitas afirmações ousadas foram feitas sobre como isso revolucionaria a sociedade também.
“O grafeno é uma espécie de material fantástico no momento”, disse Less. “Haverá melhorias? Sim. Essas melhorias serão suficientes para substituir uma opção mais barata e mais disponível? Provavelmente não. Talvez. Eu não sei. Eu não sei."
Em suma, a mediatização em torno do grafeno obscurece seu futuro. É difícil separar a utilidade real do nanomaterial de projectos bem-intencionados que, em última análise, ficarão aquém do expectável. Mas precisamos de limpar a nossa actividade ambiental de alguma forma, e se quisermos evitar os impactos mais devastadores da mudança climática, podemos acabar por precisar de uma ou duas ave-marias de longa duração. Se apenas uma fração do que os defensores do grafeno dizem ser possível acabar por acontecer, será de facto uma arma valiosa na luta contra os combustíveis fósseis.
“Estamos empolgados em ver a eletrificação tornar-se uma realidade”, disse Breitenkamp sobre o potencial do grafeno para revolucionar os carros elétricos. “Nos últimos dez anos, isso parecia estar no éter. Ser capaz de fazer um carro com preço acessível o suficiente para ser colocado na garagem de todos mudará muitas coisas. Vai mudar a narrativa sobre as mudanças climáticas e até mesmo empregos. ”
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