Esta bateria sueca de fibra de carbono pode revolucionar o design do carro

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Nos próximos anos, as baterias usadas nos veículos elétricos ficarão baratas o suficiente para que um VE não custasse mais do que um veículo de tamanho equivalente com motor de combustão interna. Mas esses EVs ainda vão pesar mais do que seus homólogos movidos a gás – particularmente se o mercado insistir em estimativas de alcance cada vez mais longo – com o pacote de bateria contribuindo com 20-25 por cento da massa total do veículo.

Mas há uma solução: transforme alguns dos componentes estruturais do carro em baterias. Faça isso e o peso da bateria efetivamente desaparecerá porque, independentemente do trem de força, todo veículo ainda precisa de componentes estruturais para mantê-lo unido. É uma abordagem que agrupa ao redor do mundo tenho perseguido há algum tempo, e a ideia foi claramente explicada pelo diretor de tecnologia da Volvo, Henrik Green, quando Ars falou com ele no início de março:

O que aprendemos … apenas para dar um exemplo: "Como você integra com mais eficiência uma célula de bateria em um carro?" Bem, se você fizer isso da maneira tradicional, você coloca a célula na caixa, chame de módulo; você coloca vários módulos em uma caixa, chama isso de pacote. Você coloca o pacote em um veículo e, em seguida, tem uma solução padronizada e pode escalá-la para 10 anos e 10 slots de fabricação.

Mas, em essência, é uma solução bastante ineficiente em termos de peso e espaço, etc. Então, aqui você poderia realmente ir mais fundo, e como você integraria diretamente as células em um corpo e se livrar desses módulos e pacotes e outras coisas entre? Esse é o desafio com o qual estamos trabalhando nas gerações futuras, e isso mudará a forma como você constrói carros fundamentalmente. Você pode ter pensado que aquele tempo de mudança teria acabado, mas acaba de renascer.

A Tesla é conhecida por estar trabalhando no projeto de novos módulos de bateria que também funcionam como elementos estruturais, mas a montadora da Califórnia está moldando esses módulos estruturais a partir de células cilíndricas tradicionais. No entanto, há uma abordagem mais elegante para a ideia, e um grupo da Chalmers University of Technology, na Suécia, liderado pelo professor Leif Asp acaba de fazer um pequeno avanço nesse sentido, transformando cada componente da bateria em materiais que funcionam tanto estrutural quanto eletricamente.

A bateria estrutural combina um ânodo de fibra de carbono e um cátodo de folha de alumínio revestido com fosfato de ferro e lítio, que são separados por um separador de fibra de vidro em um material de matriz de eletrólito de bateria estrutural. O ânodo tem uma função tripla, hospedando os íons de lítio, conduzindo elétrons e reforçando tudo ao mesmo tempo. O eletrólito e o cátodo suportam cargas estruturais de maneira semelhante e fazem seu trabalho na movimentação de íons.

Os pesquisadores testaram alguns tipos diferentes de fibra de vidro – ambos resultando em células com uma tensão nominal de 2,8 V – e obtiveram melhores resultados em termos de desempenho da bateria com trama mais fina e simples. As células usando esta construção tinham uma capacidade específica de 8,55 Ah / kg, uma densidade de energia de 23,6 Wh / kg (a 0,05 C), uma potência específica de 9,56 W / kg (a 3 C) e uma espessura de 0,27 mm. Para colocar pelo menos um desses números em contexto, as 4680 células que Tesla está movendo têm uma densidade de energia de 380 Wh / kg. No entanto, esse valor de densidade de energia para as células cilíndricas não inclui a massa da matriz estrutural que as cerca (quando usadas como painéis estruturais).

Falando em cargas estruturais, a maior rigidez também foi alcançada com a trama de fibra de vidro simples, com 25,5 GPa. Novamente, para colocar esse número em contexto, é mais ou menos semelhante ao plástico reforçado com fibra de vidro, enquanto o plástico reforçado com fibra de carbono será cerca de 10 vezes maior, dependendo se é moldagem por transferência de resina ou folhas tecidas pré-impregnadas com resina (conhecido como pré-preg).

O grupo do professor Asp agora está trabalhando para ver se trocar a folha de alumínio do cátodo por fibra de carbono aumentará a rigidez (o que deveria) e o desempenho elétrico. O grupo também está testando separadores ainda mais finos. Ele espera atingir 75 Wh / kg e 75 GPa, o que resultaria em uma célula um pouco mais rígida que o alumínio (GPa: 68), mas obviamente muito mais leve.

Construir carros elétricos ou mesmo aviões com baterias compostas estruturais ainda é um projeto de longo prazo e, mesmo no seu melhor, as células de bateria estruturais podem nunca se aproximar do desempenho das células dedicadas. Mas, como eles também substituiriam as estruturas de metal mais pesadas, o veículo resultante deveria ser muito mais leve no geral.

Enquanto isso, a Asp acredita que outros produtos podem ver os benefícios mais cedo. "A bateria estrutural de próxima geração tem um potencial fantástico. Se você olhar para a tecnologia de consumo, poderá ser bem possível em poucos anos fabricar smartphones, laptops ou bicicletas elétricas que pesam a metade de hoje e são muito mais compactos", Asp disse.

Imagem da lista por Marcus Folino

Fonte: Ars Technica