Vivemos numa época de ouro, não há dúvida disso. Nossos aparelhos eletrônicos podem fazer muito por nós: ajudar-nos a comunicar, navegar, aprender, nos divertir, traduzir coisas para nós, capturar fotos e vídeos e muito mais. Há uma área-chave, contudo, que permaneceu quase congelada no tempo nos últimos mais de 50 anos. Baterias. Todos os nossos eletrônicos portáteis se transformam em pesos de papel inúteis quando suas baterias acabam. Neste artigo, falaremos sobre a mais recente tecnologia que aprimora as baterias de íons de lítio e aumenta sua capacidade. Baterias de lítio-silicone. Mas primeiro as primeiras coisas.
O que é uma bateria?
Em termos simples, uma bateria é um dispositivo que armazena e fornece eletricidade, e faz isso por meio de reações eletroquímicas. Existem três componentes principais de uma bateria:
- Ânodo: O eletrodo onde ocorre a oxidação (perda de elétrons) durante a descarga. Os materiais comuns para ânodos incluem grafite ou metais.
- Cátodo: O eletrodo onde ocorre a redução (ganho de elétrons) durante a descarga. Os materiais catódicos variam e podem incluir metais como lítio, cobalto ou manganês, dependendo do tipo de bateria.
- Eletrólito: Substância que permite que os íons se movam entre o ânodo e o cátodo, facilitando o fluxo da corrente elétrica. O eletrólito é geralmente um líquido ou gel contendo íons.
Quando você conecta um dispositivo externo que precisa de energia ao circuito da bateria, íons carregados começam a fluir do ânodo para o cátodo através do eletrólito. Isso cria uma diferença de potencial e os elétrons passam da bateria para o dispositivo conectado, fornecendo energia.
Baterias de íon de lítio
A pesquisa sobre a bateria de íons de lítio começou na década de 1960 e amadureceu e se tornou um produto comercialmente viável por volta da década de 1990. O primeiro protótipo foi desenvolvido pela NASA em 1965, e o primeiro produto comercial apareceu nas prateleiras em 1991. Foi fabricado pela Sony. Esse tipo de bateria segue o mecanismo acima, utilizando o lítio como principal elemento químico. Por que lítio? Embora tenha havido uma extensa pesquisa sobre uma infinidade de materiais para uso potencial em baterias de íons de lítio, o espaço real da química que foi incorporado com sucesso em aplicações comerciais dentro desta tecnologia é bastante limitado. Simplificando, o lítio funciona melhor.
Em baterias de íon-lítio, o cátodo é comumente composto de um óxido metálico de lítio, como óxido de lítio-cobalto ou fosfato de ferro-lítio. O ânodo é feito de algum tipo de carbono, como grafite, e o eletrólito é um sal de lítio. Qual é o problema com o silício, então?
Baterias de lítio-silício
Nanofios de silício
As baterias de lítio-silício usam um pequeno ajuste no ânodo que resulta em uma melhoria substancial na capacidade. O grafite tem um limite superior de capacidade de 372 mAh/g. Por outro lado, o silicone cristalino puro tem capacidade teórica de 3600 mAh/g, cerca de dez vezes a do grafite.
Onde estão então as nossas baterias de 50.000 mAh para smartphones? Bem, os cristais de silício puro têm a desagradável propriedade de alterar seu volume quando carregados e descarregados, em até 300%. Isto significa que a bateria irá inchar, quebrar e pegar fogo ou explodir.
Para evitar isso e ainda colher alguns benefícios do silício, os cientistas criaram um material composto de silício-carbono. Utiliza nanopartículas de silício para aumentar a capacidade do ânodo de grafeno. Atualmente, as baterias comerciais de silício-carbono têm capacidade em torno de 550 mAh/g. A Tesla usa essa tecnologia em suas baterias de carro, e a Honor também a emprega no Honor Magic 5 Pro, no dobrável Magic V2 e no próximo Magic 6 Pro.
Qual é o próximo?
Estado sólido ou silício-lítio?
Vamos deixar uma coisa bem clara. As baterias de lítio-silício não são baterias de estado sólido. Você deve ter ouvido falar muito sobre este último, com promessas de maior capacidade e carregamento super-rápido. Este tipo de bateria merece um artigo separado e, de fato, o potencial que existe é enorme, mas há dificuldades que precisam ser superadas, e elas também são enormes.
Existe futuro para baterias de lítio-silício-carbono? Absolutamente! Espere que mais fabricantes de smartphones tentem facilitar esta tecnologia. O fator mais importante aqui é que os materiais e processos usados para criar essas baterias não são radicalmente diferentes das baterias convencionais de íons de lítio. E isso significa escalabilidade e custo comercialmente aceitável.
No seu estado atual, as baterias de silício de lítio oferecem um aumento modesto de 20% na capacidade, mas os avanços nesta tecnologia podem aumentar este número dez vezes. Portanto, iPhones e Galáxias de 10 000 mAh podem não estar tão longe.