Por que uma bateria morre? Conheça desafios enfrentados por cientistas
Boa parte das utilidades da vida moderna giram em torno de eletrônicos portáteis, que teriam pouquíssimo uso se não fossem as baterias.
Smartphones, notebooks, relógios e tablets podem ser carregados pra lá e pra cá porque usam uma fonte de energia que é capaz de ser recarregada várias vezes. Quando acaba, basta plugar a bateria na tomada, via um carregador.
O problema é que as baterias têm uma vida útil limitada e, mais cedo ou mais tarde, morrem.
O desafio dos cientistas, relatados em uma publicação recente da revista "Science", é tentar prolongar a eficiência e a durabilidade das baterias atacando justamente a limitação atrelada à escolha das matérias-primas e à tecnologia por trás de sua manufatura.
TRAMBOLHOS
Curiosamente, este mercado ainda é dominado, em termos de energia total fornecida, pelas antiquíssimas baterias de chumbo-ácido. São esses trambolhos que permitem que os carros deem partida.
Trata-se de uma tecnologia do século 19 (1859), mas que ainda está longe de se tornar obsoleta.
Com o tempo, a bateria foi aperfeiçoada, em parte para "permitir a inclusão de brinquedinhos" aos carros, como vidro elétrico, rádio, displays interativos, entre outros, explica o físico e professor da USP de Ribeirão Preto José Maurício Rosolen.
A bateria de chumbo-ácido é barata e consegue produzir uma alta voltagem, mesmo com uma baixa densidade energética –capacidade de armazenar energia em relação ao tamanho.
Sendo assim, não existe motivação para trocar de tecnologia, explica o professor, já que a demanda é atendida adequadamente, na média.
Nessa bateria, concebida pelo francês Gaston Planté, no lado negativo (ânodo), o chumbo reage com o bissulfato (proveniente do ácido sulfúrico), liberando elétrons. Como nada some na natureza, esses elétrons são aproveitados em outra reação no lado positivo (cátodo), onde óxido de chumbo reage com o bissulfato, formando sulfato de chumbo.
Nessa sopa de termos eletroquímicos, o importante é que, entre um passo e outro, o "caminhar" do elétron gera energia.
Toda a construção de uma bateria tem esse propósito: criar uma tensão grande o suficiente para que o elétron queira "andar". E, aí, aproveita-se essa caminhada entre ânodo e cátodo para ligar uma lâmpada ou alimentar os circuitos de um notebook.
CARGA E RECARGA
Um dos motivos da morte das baterias é o excesso de ciclos de carga e recarga. A bateria de chumbo-ácido, por exemplo, é recarregada com a energia gerada pelo movimento do carro. Com o acúmulo de ciclos, no entanto, há formação de cristais de sulfato de chumbo que impossibilitam a bateria a voltar completamente ao estado original.
Há ainda o risco de a bateria explodir com uma sobrecarga, de haver vazamento de ácido (corrosivo) e da liberação de gás, que culminam em dano permanente ao aparato.
MAIS EM MENOS
Pesadas, mas não tanto, as baterias de níquel-cádmio tiveram sua era. Também recarregáveis, elas eram as preferidas para alimentar câmeras de TV e flashes poderosos. O cádmio faz um papel análogo ao do chumbo e de outros compostos.
"A ideia sempre foi diminuir custo e/ou aumentar performance", explica Rosolen.
"Imagine um satélite que precise de uma bateria que dure 10 ou 15 anos, que não pode falhar. São necessários engenharia de software e circuitos de proteção para mantê-la funcionando."
O professor se refere às baterias de íon-lítio –umas das mais famosas hoje em dia. Dê uma olhada na bateria do celular. Provavelmente será o caso.
Elas até agora são campeãs tanto em custo de produção quanto em performance. O que não quer dizer que estejam livre de defeitos.
Uma vantagem é que elas não sofrem com o famigerado "efeito memória", com o qual uma bateria estraga mais rápido se recarregada antes de uma descarga completa.
PROBLEMA CÍCLICO
Mas elas também sofrem com os repetidos ciclos de carga e recarga –boa parte dos celulares de hoje não permite a troca de suas baterias. Qualquer defeito nelas faz com que o aparelho tenha de ser todo trocado.
Durante os ciclos de recarga, existe um aumento de temperatura pelo efeito Joule –a mera passagem de corrente faz a bateria esquentar, acelerando sua degradação.
De forma simplificada, há sucessivas contrações e expansões da bateria de acordo com a fase do ciclo em que se encontra –o que faz acumular "lesões" em seus componentes, dificultando a recarga.
Se controlada a temperatura (refrigerando a bateria, por exemplo), a vida útil pode ser bastante prolongada. De forma análoga, deixar uma bateria no sol pode ter o efeito contrário.
Em um futuro próximo, as baterias de íon-sódio poderão roubar uma fatia do mercado daquelas de íon-lítio. Isso porque essas baterias tem uma densidade energética muito maior, e porque é muito fácil obter sódio, a matéria-prima, na natureza.
As desvantagens dessa bateria são que ela permitiria um número menor de ciclos de carga e recarga do que as de íon-lítio, e que, como ela tem mais massa, os aparelhos se tornariam um pouco mais pesados do que os atuais.
"Um mercado para baterias de íon-sódio seria para armazenamento da energia eólica e daquela gerada por painéis solares", diz Rosolen.
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