Brasileiro cria técnica que deixa baterias 50% mais baratas
Método pretende tornar viável bateria de célula de combustível, que tem capacidade maior que os tipos mais comuns
As baterias de célula de combustíveis são consideradas ecologicamente mais corretas do que as de lítio – usadas em celulares e computadores. Além de serem menos poluentes, elas conseguem ainda armazenar muito mais energia e demoram, assim, muito mais para descarregar. O custo de uma bateria de célula de combustível, no entanto, pode ser até quatro vezes mais elevado. Mas um estudo defendido como tese de doutorado pela Universidade de São Paulo conseguiu reduzir em 50% o valor dessa bateria. “Se conseguirmos resolver as questões financeiras, é provável que elas passem a ser produzidas em larga escala e acabem conquistando o mercado”, diz Adir José Moreira, químico responsável pela pesquisa.
A bateria de célula de combustível utiliza o hidrogênio, um elemento não nocivo ao meio ambiente, como principal fonte de combustível. Ao contrário dos modelos mais comuns no mercado (como as de lítio), ela não polui, já que seu produto final é apenas energia térmica, calor e água – que sai da bateria como vapor. Além disso, esse tipo de bateria também tem uma densidade de energia aproximadamente nove vezes maior do que a de lítio. Ou seja, ela armazena mais energia em um espaço menor do que aquele exigido por uma bateria de lítio.
Mercado – As baterias de células de combustível ainda estão restritas ao fornecimento de energia a carros elétricos por causa do seu alto custo. Esse preço elevado está relacionado à quantidade de platina presente na composição. No mercado internacional, 1 grama do elemento pode custar até 53 dólares. Em cada célula há, aproximadamente, 8 miligramas do metal.
O valor comercial das baterias de célula de combustível depende de fatores como o tipo de célula e a carga total. Para fornecer energia a um notebook, por exemplo, é preciso gerar em torno de 50 watts de potência. Uma bateria de célula de combustível com essa potência custa cerca de 2.000 reais, enquanto uma bateria à base de lítio deve custar, no máximo, 500 reais. “O lítio é um elemento ainda mais caro que a platina. Porém, a quantidade aplicada em cada bateria também é menor. Além disso, por ter adquirido estabilidade comercial, a bateria de lítio tem uma tecnologia de produção mais barata”, diz Moreira.
Barateamento – Para reduzir o custo das baterias de célula de combustível, Moreira desenvolveu um novo processo de fabricação. Nele, foi possível reduzir em 70% a quantia de platina, alcançando 50% da eficácia de uma célula tradicional. Na nova técnica, o químico diminuiu também o tamanho das partículas de platina, até transformá-las em nanopartículas, alterando suas propriedades físicas e químicas. “Partículas pequenas facilitam as reações eletroquímicas, enquanto partículas grandes as dificultam”, diz.
As nanopartículas foram geradas a partir de um filete de platina e depositadas na membrana da bateria junto com uma camada de carbono. Melhorar essa organização das nanopartículas e do filme de carbono, segundo Moreira, é o passo que precisa ser dado para que o sistema atinja 100% de desempenho. “Acredito que possamos reduzir o preço das baterias em relação as que existem atualmente no mercado em 50%.”
De acordo com Ronaldo Domingues Mansano, professor do Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (USP) e orientador do estudo, a tecnologia tem potencial para entrar no mercado em menos de um ano. “Basta que uma empresa esteja disposta a elevar a escala do nosso método”, diz.
Especialista responde
Adir José Moreira
Químico e doutor em engenharia elétrica pela Universidade de São Paulo (USP)
Qual técnica foi usada para desenvolver esse novo modelo de bateria?
Escolhi uma já disponível no mercado, chamada técnica de plasma. Por meio dela, é possível controlar a forma e o tamanho de nanopartículas. Adaptei essa técnica de forma que consegui obter nanopartículas de platina com forma e tamanho homogêneos. Esse formato que alcançamos aqui, nunca tinha sido alcançado antes. Ao alterar essas características na partícula, consigo mudar as propriedades físicas e químicas, e elas acabam por reagir de maneira mais rápida. Usamos uma menor quantidade do metal, e acabamos produzindo uma bateria cujo desempenho chegou à metade daquele das baterias de célula de combustível tradicionais. Chegamos a uma eficiência que é viável para estudos futuros.
O que falta para alcançar os 100% de desempenho?
Falta acertar a outra parte do catalisador, além da platina, o carbono. O carbono auxilia no processo ao formar uma espécie de camada que facilita a passagem do hidrogênio entre as partículas de platina. Preciso aumentar essa camada de carbono para tornar a célula mais eficiente.
O futuro é das baterias de célula de combustível?
Sem dúvida, a tendência é que haja a substituição das baterias comuns pelas de célula de combustível. As baterias comuns têm muitos elementos químicos. Quando são descartadas, no fim de sua vida útil, acabam causando uma poluição ambiental muito grande. Já a vantagem do outro modelo de baterias é que não há poluentes, pois seu produto final é apenas energia térmica, calor e água. Para que ele seja aplicado em larga escala, porém, depende-se muito de investimentos: além da platina ser cara, o hidrogênio também não sai nada barato, pois precisamos usar hidrogênio com um grau de pureza muito elevado.
Existe a possibilidade de substituir a platina por algum outro catalisador?
Sim. Existem vários estudos sobre isso, até porque seria insustentável manter uma larga escala de produção de baterias usando apenas platina. Imagine se todos os veículos fossem à base de células de platina, por exemplo. A reserva mundial do metal não seria suficiente para dar conta de uma demanda como essa. Por isso, é importante buscar outros combustíveis, e é isso o que alguns pesquisadores estão fazendo atualmente.
Há falta de interesse em investir nesse tipo de projeto no Brasil?
Aqui no Brasil o incentivo à pesquisa não é tão grande quanto em outros países. Aqui, demanda-se um retorno muito rápido, e a pesquisa em si acaba sendo deixada para trás. É bem diferente de outros países que têm recursos para investir em pesquisa e não esperam retornos tão imediatos. No Brasil, você pode preparar o melhor projeto de pesquisa, mas quando for apresentar, se ele não apresentar uma perspectiva de retorno em torno de dois ou três anos, no máximo, ninguém demonstra interesse.
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