Um grupo de pesquisadores da Universidade de Michigan mostrou em paper como uma rede de nanofibras formadas a partir de kevlar reciclado pode ajudar a solucionar problemas relacionados à autonomia nos carros elétricos. A equipe chega a afirmar inclusive que a nova tecnologia permite a produção de bateria — feita de uma liga combinando lítio e enxofre — que supera em cinco vezes a capacidade das células de íon-lítio padrão na indústria automotiva.

Sabe-se que o que dificulta hoje a estabilidade na autonomia dos carros elétricos é o ciclo de vida da bateria, por exemplo, o número de vezes em que esta pode ser carregada e descarregada. Nesse sentido, o professor Nicholas Kotov, líder da pesquisa, afirma que já há uma ampla literatura acadêmica sobre a boa ciclagem (carga/descarga) das baterias de lítio-enxofre, mas que tais estudos renegam elementos essenciais como segurança, taxa de carregamento e resiliência. O que diferencia, então, o estudo da Universidade de Michigan?

“O desafio hoje em dia é fazer uma bateria que aumente a taxa de ciclagem dos dez ciclos anteriores para centenas de ciclos e satisfaça outros requisitos, como custos”, disse o pesquisador, em entrevista ao site Green Car Congress. “A engenharia biomimética dessas baterias integra duas escalas: molecular e nanoescala. Pela primeira vez, então, integramos a seletividade iônica das membranas celulares e a resistência da cartilagem. Nossa abordagem de sistema integrado nos permitiu enfrentar os grandes desafios [de produção] da bateria de lítio-enxofre.”

Procedimentos distintos

Kotov explica que, anteriormente, seu time utilizava no protótipo da bateria redes de nanofibras de aramida com gel eletrolítico para interromper um dos principais motivos de um ciclo de vida curto numa bateria: dendritos que crescem de um eletrodo para o outro, perfurando a membrana. A aramida, diz o pesquisador, imobiliza os dendritos.

O problema é que, nas baterias de lítio-enxofre, as moléculas de lítio e enxofre se formam e fluem para o lítio, reduzindo a capacidade da unidade. Desta forma, os pesquisadores da Universidade de Michigan precisavam fazer que os íons de lítio fluíssem para o enxofre e voltassem — justamente para realizar o que eles chamam de seletividade iônica.

Imitando a dinâmica de poros em membranas biológicas, os pesquisadores da Universidade de Michigan, então, adicionaram uma carga elétrica aos poros da membrana da bateria para repelir os polissulfetos de lítio (composto orgânico criado a partir da ligação entre líxio e enxofre). Aliás, a partir desses próprios compostos, que se prenderam às nanofibras de aramida — com suas cargas negativas repelindo os íons que continuaram a se formar no eletrodo de enxofre. Desta forma, os íons de lítio positivos puderam passar livremente e completar o processo.

Design “quase perfeito”

Segundo Kotov, o design das baterias é “quase perfeito”, com sua capacidade e eficiência se aproximando da teoria. O pesquisador também afirma que a bateria pode lidar com as temperaturas extremas de um carro elétrico, desde o calor até o frio, o que consequentemente influi em uma maior autonomia.

Juntamente com a maior capacidade, as baterias de lítio-enxofre têm vantagens de sustentabilidade em relação a outras baterias de íon-lítio. O enxofre é muito mais abundante no ambiente que o cobalto nos eletrodos de íons de lítio. Além disso, as fibras de aramida da membrana da bateria podem ser recicladas de coletes à prova de balas e serem utilizadas normalmente.

_Via Carbuzz / _{olhardigital
Imagem: Smile Fight/Shutterstock}