A partir de 2025, o mercado de automóveis elétricos (VE) poderá assistir a uma revolução no desempenho das baterias, com a promessa de triplicar a autonomia em relação aos modelos atuais. Este avanço resulta de uma colaboração entre uma equipa de investigadores da Western University (Canadá) e da Universidade de Maryland (EUA), que apresentou um novo componente para baterias de lítio-metal de estado sólido (LMB) na revista científica Nature Nanotechnology.

Os resultados obtidos, divulgados a 25 de novembro de 2024, revelam uma tecnologia capaz de tornar possíveis distâncias superiores a mil quilómetros com apenas um carregamento, graças a densidades de energia que podem atingir 500 Wh/kg.

Uma nova era para os automóveis elétricos

Na prática, o que os investigadores desenvolveram foi um eletrólito sólido inovador para baterias de lítio-metal, que poderá triplicar a autonomia dos automóveis elétricos, permitindo percorrer até 1.500 quilómetros com uma única carga.

Este avanço baseia-se na substituição do eletrólito líquido por um material sólido, o que aumenta a densidade energética e a eficiência das baterias.

A nova tecnologia também promete reduzir significativamente o tempo de carregamento, de uma hora para apenas oito minutos, e duplicar a vida útil das baterias, passando de 5.000 para 10.000 ciclos de carga e descarga.

Grandes fabricantes de automóveis, como a Toyota e a Honda, estão a investir nesta tecnologia, com planos para iniciar a produção de baterias de estado sólido já em 2025.

Espera-se que estas baterias revolucionem o mercado de automóveis elétricos, oferecendo maior autonomia, segurança e eficiência, e contribuindo para a popularização dos carros elétricos nos próximos anos.

β-Li₃N: O eletrólito sólido que faz a diferença

De acordo com os especialistas, o segredo reside num eletrólito sólido inovador, baseado num material designado β-Li₃N (nitreto de lítio). A principal vantagem deste tipo de eletrólitos é a substituição dos líquidos inflamáveis utilizados nas baterias atuais, aumentando significativamente a segurança e melhorando a eficiência dos processos de carga e descarga. Quando comparado com as habituais baterias de iões de lítio, este novo composto facilita a migração dos iões, apresentando, segundo o artigo científico, uma “condutividade iónica excecional” e mantendo a estabilidade mesmo após milhares de ciclos de utilização.

O desafio das baterias de lítio-metal de estado sólido tem sido garantir o controlo de fenómenos como a formação de dendritos, estruturas que podem levar a curto-circuitos e, em casos extremos, à falha do dispositivo. A solução apresentada pela equipa canadiano-americana reduz drasticamente este risco ao proporcionar uma barreira resistente e uniforme, dificultando o desenvolvimento das tais ramificações dentro da bateria. “Isto reduz o risco de falhas durante uma utilização intensiva”, explicam os investigadores, cujo trabalho foi também relatado pela plataforma Interesting Engineering.

Carregamentos mais rápidos e seguros

Outro ponto de destaque é a capacidade de recarregamento em ritmo acelerado. Em ensaios laboratoriais, o eletrólito sólido β-Li₃N mostrou suportar correntes de até 45 mA/cm² sem perda de desempenho. Além disso, a engenharia de “moagem de alta energia” — processo que introduz um número preciso de vacâncias na estrutura cristalina — permitiu aos cientistas aumentar a velocidade com que os iões de lítio se deslocam dentro do material. Este efeito não só possibilita ciclos de carga e descarga mais rápidos, como contribui para reduzir a produção de calor, um fator crítico na segurança e longevidade das baterias.

Para testar o desempenho em condições mais próximas das aplicações reais, os protótipos de baterias foram equipados com ânodos de lítio metálico e cátodos de LiCoO₂ (LCO) ou NCM83 (ricos em níquel). Estes dispositivos mantiveram mais de 92% da capacidade após 3.500 ciclos de carga e descarga, correspondendo a uma vida útil de aproximadamente 1,7 milhões de quilómetros para um veículo que percorra 500 km entre carregamentos. Ao permitir cargas rápidas (até cinco vezes a capacidade nominal numa hora), o sistema reforça a ideia de que as baterias sólidas poderão alcançar um equilíbrio entre longa autonomia e carregamentos menos demorados.

A corrida rumo à industrialização

Apesar de ainda estarmos perante uma tecnologia emergente, a comunidade científica mantém-se otimista quanto à eventual industrialização. O processo de desenvolvimento abrange desde a adaptação em escala fabril até à sustentabilidade económica, fator que determinará o sucesso destas baterias num mercado cada vez mais competitivo. Investigadores e fabricantes de todo o mundo procuram tecnologias seguras, duradouras e acessíveis, para que a transição energética deixe de ser um tema de nicho e se transforme numa realidade global.

Enquanto muitas destas “baterias milagrosas” continuam em fase de laboratório, a proposta apresentada no estudo da Nature Nanotechnology sugere que os obstáculos podem estar próximos de ser ultrapassados. A “corrida” para aperfeiçoar baterias com maior densidade energética, custos reduzidos e segurança elevada está lançada, e os resultados agora divulgados contribuem para a expetativa de que, já em 2025, seja possível comprar um automóvel elétrico com autonomia de mil quilómetros — uma conquista que poderá redefinir o futuro da mobilidade sustentável.

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