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Apesar do progresso, baterias para carros elétricos ainda têm um longo caminho pela frente

Por ser uma tecnologia nova, as baterias de lítio ainda precisam ser aprimoradas para fazer frente aos motores a gasolina

Para reduzir nosso enorme apetite por petróleo, o governo e a indústria automobilística estão trabalhando juntos para incentivar a população dos EUA a pensar nos elétricos na hora de trocar de carro.

Mesmo enquanto discutem a rapidez com que os consumidores farão a transição aos veículos elétricos, os observadores da indústria geralmente concordam que a mudança exigirá um grande aperfeiçoamento das baterias que alimentam esses carros. Até mesmo a Casa Branca concorda, reconhecendo a situação em seu blog: “A falta de baterias acessíveis e altamente funcionais tem sido uma barreira especialmente complicada à adoção generalizada dos veículos elétricos.”

Em curto prazo, a redução do preço da bateria – e consequentemente do veículo – virá principalmente de técnicas mais apuradas de fabricação e do aumento da produção. Aprimorar durabilidade e alcance é basicamente o território de pesquisadores e cientistas.

Lítio – O cientista italiano Alessandro Volta construiu a bateria original, em 1800. Volta preencheu um recipiente com pares de placas alternando zinco e cobre e separou cada par com um disco de papelão embebido em água salgada. Sua bateria gerava um fluxo estável de corrente elétrica por meio de uma reação química, forçando o disco de zinco (polo negativo) a liberar um elétron e o disco de cobre (polo positivo) a capturá-lo.

Hoje, as baterias de carros elétricos não se parecem mais com o recipiente de Volta, mas funcionam com os mesmos princípios básicos. E dois séculos de progressos em química geral, design e materiais nos trouxeram à bateria de lítio – que usa um íon de lítio para o transporte de ida e volta entre os polos positivo e negativo.

Numa explicação simples, a bateria de lítio oferece uma densidade de energia mais alta do que os sistemas anteriores, segundo Venkat Srinivasan, gerente do Programa de Tecnologia para Baterias de Transporte Automotivo – iniciativa financiada pelo Departamento de Energia dos EUA e comandada pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, na Universidade da Califórnia em Berkeley.

Comparada com a bateria híbrida de níquel e metal usada no Toyota Prius, por exemplo, uma bateria de íon de lítio de mesmo peso e volume aumentaria em três vezes a densidade de energia, afirmou Srinivasan.

Todos os veículos disponíveis que têm a eletricidade como fonte principal de energia, como o Nissan Leaf ou o Chevrolet Volt, usam alguma forma de química de íon de lítio em suas baterias. E esse sistema deve predominar ao menos pelas próximas duas décadas, ainda com muito espaço para inovações, declarou Jeffrey P. Chamberlain, chefe do grupo de Armazenamento de Energia Eletroquímica no Laboratório Nacional Argonne – localizado próximo a Chicago e financiado pelo Departamento de Energia.

O lítio é misturado a outros materiais no polo negativo da bateria. Os materiais usados determinam a voltagem da célula e a quantidade de lítio que o polo consegue reter – a elevação desses dois fatores aumenta a densidade da energia, explicou Srinivasan.

Altos custos – No laboratório Argonne, pesquisadores estão trabalhando com novas misturas de níquel, manganês e cobalto para o polo negativo (cátodo). Misturar esses elementos em variadas quantidades e montá-los em estruturas diferentes pode dobrar a capacidade de energia do cátodo. Argonne já começou a licenciar patentes desse material a diversos fabricantes de baterias. O resultado, segundo Chamberlain, seriam baterias que “espremem mais energia numa embalagem menor, possuem menor custo de produção e duram mais tempo”.

De maneira similar, pesquisadores de Argonne e outros locais estão realizando experimentos com silício para o polo positivo (ânodo), substituindo grafite, buscando por um equilíbrio que resolva os desafios físicos e ainda eleve a densidade da energia, afirmou Chamberlain.

Mesmo com esses avanços chegando às linhas de produção na próxima década, em curto prazo, a queda de custo para as baterias deve vir da redução dos custos de fabricação, segundo Alex. A. Molinaroli, presidente do grupo de Soluções de Energia da Johnson Controls, fabricante de baterias de íon de lítio para BMW, Daimler e Ford.

Como o íon de lítio é uma tecnologia relativamente nova em carros, “levará tempo para entendermos o desempenho dessas baterias com anos de uso”, disse Molinaroli. E como a bateria do carro elétrico hoje faz parte da unidade de tração, “ela terá exigências muito maiores de durabilidade e desempenho do que as baterias de ácido e chumbo ou a bateria de seu laptop”, afirmou.

Sem possuir décadas de testes de estrada com carros elétricos, os fabricantes são obrigados a “exagerar” na fabricação das baterias, agregando materiais e recursos de segurança para garantir sua adequação às exigências da garantia de tração, segundo Molinaroli. Sua estimativa é que essa supercompensação corresponda a 50 por cento dos materiais usados nas baterias atuais. Uma medida comum da densidade de energia é o número de watts-hora de eletricidade que a bateria pode gerar frente ao seu peso.

Gasolina é mais barata – Com a bateria como o componente mais caro do carro, os fabricantes de automóveis costumam ser pouco claros a respeito dos preços reais, considerando-os como informações competitivas. Mesmo assim, Mike Omotoso, da J.D. Power & Associates, aproximou o custo atual entre US$ 750 e US$ 800 por watt-hora. Para que os veículos elétricos se equiparem aos carros movidos a gasolina, a maioria dos analistas estima que o custo da bateria precise se aproximar de US$200 por watt-hora.

Na Johnson Controls, a paridade de preços é esperada com custos de bateria a US$ 200 por watt-hora e a gasolina custando consistentemente acima de US$ 4 o galão. Atingindo esses níveis, “teremos um bom ambiente comercial e, com os preços da energia subindo, esta se torna uma conversa muito mais relevante”, afirmou Mary Ann Wright, vice-presidente de tecnologia e inovação no grupo de soluções energéticas da empresa.

Wright avalia que esse ponto de paridade esteja uma década adiante, mas com duas ressalvas: “Precisamos considerar que o motor a gasolina também se tornará mais eficiente durante esse tempo”, explicou. “Essa tecnologia não está estacionada”. E a paridade precisa ser considerada como o custo total de propriedade ao longo da vida útil do carro. “Assim, embora o preço de lista possa sempre ser maior, o veículo elétrico será mais barato de manter e operar ao longo da vida útil em comparação com os carros a gasolina”, concluiu.

A invenção de Alessandro Volta lhe rendeu um título real e um lugar na nota de dez mil liras, além de ter preparado o terreno para a era da eletricidade moderna. Com avanços contínuos permitindo que os carros elétricos equiparem preço e desempenho aos concorrentes movidos a gasolina, o impacto não poderia ser menos profundo.