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As baterias em estado sólido estão a ter cada vez mais atenção. São apontadas como a próxima grande evolução no armazenamento de energia para carros elétricos. Anunciadas como sucessoras naturais das baterias de iões de lítio, prometem maior autonomia, tempos de carregamento mais rápidos, maior segurança e melhor desempenho geral.

Fabricantes internacionais estão a investir fortemente nesta tecnologia, antecipando mudanças significativas na mobilidade elétrica nos próximos anos.

Mas o que torna estas baterias tão especiais? Em que diferem das baterias convencionais? E quando vão chegar realmente ao mercado? Procuramos respostas a estas questões e revelamos o que pode esperar do futuro dos carros elétricos.

O que são as baterias sólidas e como funcionam?

As baterias sólidas são igualmente recarregáveis, mas utilizam um eletrólito sólido, ao contrário das baterias de iões de lítio convencionais que usam um líquido ou gel.

Nas baterias atuais, esse eletrólito líquido é o que permite a movimentação dos iões de lítio entre os dois pólos (ânodo e cátodo) e gerar eletricidade.

Nas baterias sólidas, essa função é assumida por um material sólido, como cerâmica ou polímeros. Além de conduzir os iões, funciona também como separador interno da bateria. Uma das grandes vantagens? Este material não é inflamável, tornando a bateria mais segura. Além disso, permite substituir o ânodo de grafite por lítio metálico puro. Isto aumenta consideravelmente a capacidade de armazenamento de energia.

Pense numa bateria como uma sanduíche

O ânodo e o cátodo é como se fossem as fatias de pão e o eletrólito é o seu recheio. Nas baterias comuns, esse recheio é líquido e permite a circulação dos iões de lítio (as migalhas de energia).

Nas baterias sólidas, o recheio é feito de um material sólido, mas continua a permitir essa circulação. Como ocupa menos espaço e permite usar ingredientes mais potentes (como o lítio metálico), a sanduíche consegue armazenar mais energia no mesmo tamanho.

Quando carrega o seu carro ou telemóvel, os iões de lítio movem-se através deste recheio sólido e acumulam-se numa das fatias (ânodo). Ao utilizar a energia, eles fazem o caminho inverso, libertando eletricidade que alimenta o equipamento.

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Baterias sólidas versus baterias de iões de lítio

O interesse nas baterias sólidas deve-se às suas anunciadas vantagens, quando comparadas com as baterias de iões de lítio tradicionais. Vejamos quais são.

Mais seguras

A estrutura totalmente sólida destas baterias elimina o eletrólito líquido volátil, reduzindo drasticamente o risco de fugas, sobreaquecimento e incêndios. O eletrólito sólido não é inflamável e é menos propenso a fugas térmicas, tornando as baterias muito mais estáveis.

Maior armazenamento de energia e autonomia

As baterias sólidas podem armazenar mais energia por unidade de volume e massa. A utilização de ânodo de lítio metálico, em vez de grafite, permite acumular mais iões (eletricidade) num espaço menor. Na prática, isto traduz-se em baterias mais leves e compactas para a mesma capacidade, ou em autonomias bastante superiores com baterias de tamanho equivalente.

As estimativas apontam para densidades energéticas potencialmente 50% a 100% superiores às das melhores baterias atuais, o que pode significar carros elétricos com autonomias acima de 800 km a 1000 km com uma só carga. Isto representaria um avanço considerável face aos modelos de baterias convencionais.

Carregamento mais rápido

Devido às características do eletrólito sólido e à menor resistência interna, as baterias sólidas suportam potências de carga mais elevadas, permitindo carregamentos ultrarrápidos. Alguns protótipos já demonstraram a capacidade de carregar dos 10% aos 80% em cerca de 10 minutos, sem comprometer a segurança ou a vida útil da bateria.

Durabilidade:maior vida útil e durabilidade

As baterias sólidas tendem a degradar-se menos ao longo dos ciclos de carga e de descarga, prometendo uma vida útil mais longa. O eletrólito sólido evita as típicas formações de dendrites de lítio (que podem causar curto-circuitos), ou diminui esse efeito.

Além disso, a estabilidade térmica ajuda a evitar danos causados por altas temperaturas. Espera-se que as baterias sólidas mantenham uma maior capacidade de utilização após centenas de milhares de quilómetros percorridos. Reduzem a necessidade de substituição e melhoram o custo/benefício a longo prazo.

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Mais compactas e leves

Com componentes sólidos e sem necessidade de muitos sistemas de contenção de líquidos, as baterias sólidas podem ser mais compactas. A ausência de um ânodo de grafite volumoso e de líquido redundante contribui para melhorar a eficiência dos veículos, com menor peso e menor consumo elétrico. Este fator até oferece maior liberdade de design aos fabricantes, que podem integrar as baterias de forma otimizada nos veículos.

Baterias sólidas: desafios e limitações atuais

Apesar das vantagens, é importante notar que as baterias sólidas ainda enfrentam alguns desafios técnicos e económicos. Destacamos os principais.

Custo de produção elevado

Os processos de fabrico de baterias sólidas são mais complexos e ainda muito mais dispendiosos do que as convencionais. Os materiais usados podem ser caros e difíceis de produzir em escala. Além disso, muitas linhas de produção teriam de ser adaptadas ou redesenhadas com um investimento industrial significativo.

Espera-se que este custo venha a diminuir com os avanços tecnológicos e as economias de escala, mas isso requer tempo e volumes de produção elevados.

Produção em larga escala

Desenvolver uma bateria em laboratório é muito diferente de produzir baterias em massa. Escalar a produção de baterias sólidas tem-se revelado um desafio, especialmente no que diz respeito a garantir que o eletrólito sólido possa ser fabricado de forma consistente, sem impurezas ou falhas que afetem o desempenho.

Várias empresas estão a investir em linhas piloto para entender e otimizar o processo produtivo, mas atingir a maturidade industrial ainda pode demorar alguns anos.

Desempenho a baixas temperaturas

Alguns químicos de baterias sólidas apresentam um desempenho inferior a temperaturas muito baixas. Alguns eletrólitos sólidos requerem temperaturas mais elevadas (por vezes acima de 60-80°C), para atingirem condutividades iónicas ideais.

Isto significa que em climas frios pode ser necessário aquecer a bateria para operar eficientemente. Embora existam pesquisas em eletrólitos sólidos que funcionam bem a temperatura ambiente, é necessário assegurar que as baterias funcionem de forma confiável em todas as condições climáticas.

Compatibilidade de materiais e ciclos de carga

A interface entre o eletrólito sólido e os elétrodos pode apresentar desafios, como a formação de resistência de contacto ou reações indesejadas ao longo de muitos ciclos. Ainda se investigam quais as combinações de materiais que oferecem melhor desempenho e estabilidade a longo prazo.

Adicionalmente, embora as baterias sólidas prometam reduzir a formação de dendrites (irregularidades), este problema não está completamente resolvido.

Na tabela que se segue resumimos as diferenças entre as baterias sólidas e as baterias de iões de lítio tradicionais.

Carros elétricos: são as baterias sólidas o próximo passo? 

Muitos especialistas e principais atores do setor consideram-nas o próximo grande passo para os veículos elétricos.

Mas quão perto estamos dessa realidade, tendo em conta o estado atual da tecnologia, os investimentos da indústria automóvel e o apoio de políticas públicas?

Atualmente, as baterias sólidas ainda não equipam veículos de produção em massa. No entanto, os desenvolvimentos têm vindo a ser acelerados e prevê-seque diversos produtores iniciem testes de estrada e validem protótipos com baterias sólidas. Várias empresas anunciaram metas ambiciosas.

As baterias sólidas são amplamente consideradas o próximo grande avanço para os carros elétricos, mas esse passo está a ser cuidadosamente preparado. Tudo indica que vamos ver os primeiros carros elétricos com baterias sólidas a surgir algures entre 2025 e 2030, inicialmente em séries limitadas ou modelos específicos.

Em função do sucesso na fase inicial e da redução de custos, é provável que, na próxima década, esta tecnologia se torne a nova norma. Surgirá um novo capítulo na mobilidade elétrica e no armazenamento de energia.

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