Bateria de grafeno vs bateria de íon de lítio – Tecnologia explicada

Quase todos os dispositivos eletrônicos portáteis hoje – sejam nossos smartphones ou veículos elétricos – vêm embalados com as baterias de íon de lítio amplamente usadas. Eles têm uma carga limitada, são bastante volumosos, precisam ser carregados com frequência e têm uma vida útil modesta. É por isso que os pesquisadores têm trabalhado arduamente para apresentar a alternativa mais comentada às baterias de íon-lítio, ou seja, a bateria de grafeno.

Dizem que as baterias de grafeno são a alternativa absoluta às nossas baterias de íon-lítio de geração atual. As baterias de grafeno são bastante leves, avançadas e poderosas. O grafeno foi considerado um material superior, pois não apenas possui maior condutividade elétrica e térmica, mas também é bastante leve, flexível e durável. Assim, as baterias de grafeno estão em desenvolvimento há muitos anos e espera-se que se tornem populares nos próximos anos.

Então, se você está curioso sobre grafeno, baterias de grafeno e como elas diferem de suas baterias de íon de lítio padrão, você chegou ao lugar certo. Aqui está tudo o que você precisa saber sobre baterias de grafeno:

Nota: Este artigo envolve o uso de muita terminologia científica e química, mas tentamos simplificá-la o máximo possível para sua compreensão.

O que é Grafeno? Quais são seus benefícios?

Em vez de mergulhar direto no mundo das baterias de grafeno, deixe-me primeiro falar sobre o próprio grafeno. Aposto que a maioria de nós aprendeu na escola que o carbono existe em muitas formas diferentes na Terra, variando de grafite a diamante. Bem, isso acontece devido ao arranjo variado dos átomos de carbono em diferentes materiais. O mesmo vale para o grafeno.

O grafeno é uma estrutura bidimensional (2D), onde os átomos são dispostos de forma plana para formar anéis de carbono hexagonais como um favo de mel. A estrutura tem apenas um átomo de altura e é uma das descobertas mais interessantes dos últimos tempos, graças às suas propriedades. Embora o grafeno seja extremamente fino, leve e quase transparente, esse material passou a ser conhecido por ser mais forte que o diamante e o aço. É super forte e também é um ótimo condutor de eletricidade.

A estrutura hexagonal plana torna mais simples o fluxo de eletricidade com pouca resistência, oferecendo condutividade elétrica e térmica melhorada, melhor do que o cobre metálico mais condutor. Você não precisa de nenhuma condição especial para o mesmo, pois o grafeno oferece uma condutividade notável em temperatura ambiente, tornando-o um dos materiais perfeitos para a criação de baterias de última geração.

Baterias de grafeno: como elas diferem das baterias de íons de lítio?

A estrutura interna de uma bateria de grafeno é bastante semelhante à de uma bateria de íon-lítio padrão. Você tem 2 eletrodos e uma solução eletrolítica para permitir o fluxo de carga, mas há uma diferença notável aqui. Um dos eletrodos em baterias à base de grafeno, principalmente o cátodo, é substituído por um material compósito híbrido (metal em estado sólido + grafeno) usado no lugar de um metal em estado sólido padrão.

Embora as baterias de grafeno se mostrem muito melhores do que as baterias de íon-lítio muito em breve, os pesquisadores agora estão tentando melhorar o desempenho das baterias existentes usando grafeno. Eles poderiam aproveitar a condutividade deste material e a maior área de superfície no ânodo para otimizar as baterias de íon-lítio.

Os pesquisadores também são conhecidos por trabalhar em materiais híbridos, como óxido de vanádio (VO2) e grafeno, que também podem ser úteis para melhorar a otimização da bateria, carga e descarga rápidas da bateria.

Benefícios do uso de uma bateria de grafeno

A bateria de grafeno é uma tecnologia nova, mas não significa que não tenha sido testada. Os fabricantes dedicaram bastante tempo à pesquisa de baterias de grafeno e por que não, especialmente quando é superior às baterias de íon-lítio que usamos agora. Então, vamos dar uma olhada rápida nos benefícios de usar uma bateria de grafeno:

  • Bateria menor e mais fina: já discutimos como o grafeno é leve. É quando você empilha 3 milhões de camadas de grafeno é que consegue 1 mm de espessura. Quero dizer, isso deve ser o suficiente para dizer que as baterias de grafeno não vão ocupar muito espaço no seu futuro smartphone. Isso permitirá que os fabricantes coloquem baterias de maior capacidade em seus telefones, tablets, laptops e muito mais.
  • Maior capacidade: o grafeno tem uma densidade de energia maior em comparação com as baterias de íon-lítio. Onde o último é conhecido por armazenar até 180 Wh por quilo, o grafeno é capaz de armazenar até 1.000 Wh por quilo. Assim, você pode ter uma bateria de grafeno de maior capacidade do mesmo tamanho que a bateria de íon-lítio.

  • Tempos de carregamento mais rápidos: o grafeno é um potente condutor de energia elétrica, pois a estrutura do favo de mel não oferece resistência ao fluxo de elétrons. Portanto, ele pode carregar rapidamente, ao mesmo tempo em que oferece maior resistência da bateria em comparação com as baterias de íon de lítio.
  • Gerenciamento térmico: Sim, você pode não ter adivinhado, mas o grafeno também facilita uma melhor dissipação de calor. Ele pode reduzir a temperatura operacional da bateria em até 5 graus, para que seu telefone não aqueça enquanto carrega ou joga.
  • Maior segurança: espera-se que as baterias de grafeno sejam muito mais seguras do que as baterias de íon-lítio, pois o material é mais flexível e resistente. Isso significa que as baterias futuras não precisarão de uma tonelada de estojos protetores, ocupando menos espaço e sendo leves.

Para resumir tudo, uma bateria de grafeno será uma escolha melhor do que uma bateria de íon-lítio nos próximos anos. Será notavelmente mais barato, menor e mais leve, oferecendo maior armazenamento elétrico e velocidades de carregamento mais rápidas.

Deficiências da bateria de grafeno

As baterias de grafeno têm vários benefícios, mas a única falha que impede sua adoção em massa em nossos dispositivos é a produção em massa e os custos envolvidos na mesma.

Por que é difícil produzir baterias de grafeno em massa? Bem, é por causa da falta de uma técnica viável para a produção em massa de grafeno de alta qualidade. Você certamente poderia produzir grafeno em casa usando grafite e fita adesiva, mas isso não funciona para a produção em massa de baterias. A falta do mesmo também aumenta o custo de produção, pois a qualidade dos materiais precisará ser levada em consideração, o que pode chegar a dezenas a milhares de dólares.

Atualmente, as baterias de grafeno estão sendo desenvolvidas em pequenas quantidades por alguns fabricantes. Mas outros, como a Samsung, estão procurando maneiras de reduzir o custo para tornar as baterias de última geração viáveis ​​para uso. Diz-se que a gigante coreana descobriu meios acessíveis para produzir baterias de grafeno e podemos esperar uma atualização em breve.

Comercialização de Baterias de Grafeno

As baterias de grafeno têm um potencial extraordinário e produzem resultados melhores do que as baterias existentes – algo que já deve ter ficado bem claro para você. A pesquisa neste campo tem sido bastante desenfreada nas últimas duas décadas, mas ainda precisaremos ser pacientes para sua comercialização.

Muitas empresas estão atualmente testando baterias de grafeno ou tentando melhorar as baterias de lítio com grafeno para melhorar seu desempenho, mas elas não estão totalmente disponíveis comercialmente no momento.

  • Pesquisa de grafeno da Samsung

A Samsung SDI, o braço de fabricação de baterias da gigante coreana, está trabalhando ativamente nesse campo e teve vários avanços nos últimos anos. Primeiro, descobrimos que a Samsung havia desenvolvido ‘bolas de grafeno’ que poderiam fazer com que as baterias de íon-lítio durassem mais (ao mesmo tempo em que ofereciam 45% de capacidade aumentada) e carregavam 5 vezes mais rápido.

Desde então, a Samsung não falou sobre seus planos de bateria de grafeno, exceto por algumas aparições em exposições de carros e eletrônicos. No entanto, há rumores de que um novo smartphone com bateria de grafeno está em andamento na Samsung e pode ser revelado em 2020 ou 2021. Diz-se que essas baterias carregam totalmente em meia hora, permanecem operacionais em temperaturas mais altas de 60 graus, mas não temos conhecimento da sua capacidade e composição neste momento.

  • Pesquisa adicional e OEMs

Além da Samsung, há vários fabricantes de baterias, como a CellsX, que já fabricam e enviam baterias de grafeno para seus parceiros. Eles projetaram não apenas baterias menores para bancos de energia (mais sobre isso abaixo), mas também fabricaram baterias maiores para modelos de quadricópteros e EVs. A Huawei também revelou um íon de lítio aprimorado com grafeno em 2016 para oferecer maior tempo operacional e facilitar a dissipação de calor.

Embora as baterias de grafeno ainda não tenham aparecido em nossos telefones, você ainda pode carregá-las com um banco de energia carregado com bateria de grafeno. Sim, temos alguns bancos de bateria de grafeno disponíveis no mercado. Chamados de Apollo e Ultron, esses bancos de energia buscaram financiamento coletivo, obtiveram o número de patrocinadores de que precisavam e já estão enviando esses produtos. Você pode ler tudo sobre esses bancos de energia aqui.

Por outro lado, a renomada fabricante de carros elétricos Tesla e a indiana Log9 estão demonstrando interesse em baterias de metal-ar. Eles envolvem o uso de uma haste de grafeno como cátodo, pois é poroso e permite a passagem do ar. As baterias de metal-ar podem ajudar a aumentar a eficiência da bateria em até 5 vezes a um terço do custo, o que parece ótimo.

VEJA TAMBÉM: Melhores bancos de energia de grafeno que você pode comprar

Baterias de grafeno podem mudar o jogo

As baterias de grafeno são definitivamente a próxima grande novidade porque o carbono é abundante em comparação com o lítio, que é um metal raro. Os fabricantes têm tentado usar o material de grafeno em praticamente tudo desde sua descoberta em 2004. Portanto, podemos esperar que vários produtos carregados de grafeno, especialmente baterias de grafeno, se concretizem nos próximos anos. Eles ainda estarão restritos a smartphones selecionados, mas pelo menos teremos um protótipo funcional em nossas mãos em breve. Quais são suas expectativas em relação às baterias de grafeno? Você está animado para baterias ainda maiores? Deixe-nos saber nos comentários abaixo.

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