O que é uma bateria de estado sólido e ela resolverá nossos problemas de vida útil da bateria?

A tecnologia móvel está aumentando exponencialmente em potência, mas a tecnologia da bateria não está acompanhando. Estamos atingindo os limites físicos do que os designs convencionais de íons de lítio e polímeros de lítio podem fazer. A solução pode ser algo chamado bateria de estado sólido.

O que é uma bateria de estado sólido?

Em um projeto de bateria convencional – mais comumente íon-lítio – dois eletrodos de metal sólido são usados ​​com um sal de lítio líquido atuando como eletrólito. As partículas iônicas se movem de um eletrodo (o cátodo) para o outro (o ânodo) à medida que a bateria é carregada e, ao contrário, quando ela é descarregada. O eletrólito de sal de lítio líquido é o meio que permite esse movimento. Se você já viu uma bateria corroer ou perfurada, o “ácido da bateria” que escorre (ou às vezes explode) é o eletrólito líquido.

Em uma bateria de estado sólido, os eletrodos positivo e negativo e o eletrólito entre eles são peças sólidas de metal, liga ou algum outro material sintético. O termo “estado sólido” pode lembrá-lo de unidades de dados SSD , e isso não é uma coincidência. As unidades de armazenamento de estado sólido usam memória flash, que não se move, ao contrário de um disco rígido padrão, que armazena dados em um disco magnético giratório alimentado por um minúsculo motor.

Embora a ideia de baterias de estado sólido exista há décadas, os avanços em seu desenvolvimento estão apenas começando, atualmente estimulados por investimentos de empresas de eletrônicos, fabricantes de automóveis e fornecedores industriais em geral.

O que há de melhor nas baterias de estado sólido?

Baterias de estado sólido prometem algumas vantagens distintas sobre suas primas cheias de líquido: melhor vida útil da bateria, tempos de carregamento mais rápidos e uma experiência mais segura.

As baterias de estado sólido comprimem o ânodo, o cátodo e o eletrólito em três camadas planas, em vez de suspender os eletrodos em um eletrólito líquido. Isso significa que você pode torná-los menores – ou, pelo menos, mais achatados – enquanto retém tanta energia quanto uma bateria maior à base de líquido. Portanto, se você substituísse a bateria de íon de lítio ou de polímero de lítio em seu telefone ou laptop por uma bateria de estado sólido do mesmo tamanho, a carga seria muito mais longa. Como alternativa, você pode fazer um dispositivo que mantém a mesma carga muito menor ou mais fino.

As baterias de estado sólido também são mais seguras, pois não há líquido tóxico ou inflamável para derramar e não produzem tanto calor quanto as baterias recarregáveis ​​convencionais. Quando aplicados a baterias que alimentam eletrônicos atuais ou até carros elétricos, eles podem recarregar muito mais rápido, também – os íons podem se mover muito mais rapidamente do cátodo para o ânodo.

De acordo com as pesquisas mais recentes, uma bateria de estado sólido pode superar as baterias recarregáveis ​​convencionais em 500% ou mais em termos de capacidade e carregar em um décimo das vezes.

Quais são as desvantagens?

Como as baterias de estado sólido são uma tecnologia emergente, sua fabricação é incrivelmente cara. Tão caros, na verdade, que não foram instalados em nenhum dos principais produtos eletrônicos de consumo no momento em que este artigo foi escrito. Em 2012, analistas que escreviam para o departamento de Análise de Software e Processamento Avançado de Materiais da Universidade da Flórida estimaram que uma bateria de estado sólido do tamanho de um telefone celular custaria cerca de US $ 15.000 para fabricar. Um grande o suficiente para alimentar um carro elétrico custaria US $ 100.000.

Parte disso é porque as economias de escala não existem – centenas de milhões de baterias recarregáveis ​​são feitas a cada ano agora, então o custo de manufatura dos materiais e equipamentos estão espalhados por enormes linhas de suprimento. Existem apenas algumas empresas e universidades pesquisando baterias de estado sólido, então o custo de produção de cada uma é astronômico.

Outra questão são os materiais. Embora as propriedades de vários metais, ligas e sais metálicos usados ​​para baterias recarregáveis ​​convencionais sejam bem conhecidas, atualmente não sabemos a melhor composição química e atômica para um eletrólito sólido entre ânodos e cátodos metálicos. A pesquisa atual está reduzindo isso, mas precisamos reunir dados mais confiáveis ​​antes de podermos reunir ou sintetizar os materiais e investir em processos de fabricação.

Quando começarei a usar uma bateria de estado sólido?

Como acontece com toda tecnologia emergente, tentar descobrir quando você colocará suas mãos nela é, na melhor das hipóteses, suposições.

É encorajador que muitas corporações enormes estejam investindo na pesquisa necessária para trazer baterias de estado sólido para o mercado consumidor, mas tímido de um grande avanço no futuro imediato, é difícil dizer se haverá um grande salto em frente. Pelo menos uma montadora diz que estará pronta para colocar um em um veículo até 2023, mas não adivinha quanto esse carro pode custar. Cinco anos parece excessivamente otimista; dez anos parece mais provável. Pode levar vinte anos ou mais antes que os materiais sejam estabelecidos e os processos de fabricação desenvolvidos.

Mas, como dissemos no início do artigo, a tecnologia de bateria convencional está começando a bater na parede. E não há nada como vendas potenciais para estimular a pesquisa e o desenvolvimento. É pelo menos um pouco (muito, muito ligeiramente) possível que você consiga usar um gadget ou dirigir um carro alimentado por uma bateria de estado sólido em breve.

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