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Nanotecnologias começam a revolucionar soluções de estocagem embarcada de eletricidade.


O desenvolvimento de veículos elétricos tropeça ainda nas baterias atuais que, não obstante os progressos reais, não contam ainda com energia suficiente para fazer nossos carros rodar longas distâncias e necessitam, entre outras coisas, de longos tempos de recarga. Contudo, as nanotecnologias começam a revolucionar as soluções de estocagem embarcada de eletricidade.

Vários laboratórios no mundo trabalham sobre nanocondensadores eletrostáticos, que aumentam dez vezes a capacidade de estocagem do clássico condensador eletrostático. Com esse dispositivo, em breve será possível estocar e distribuir eficientemente a eletricidade gerada graças aos meios alternativos (solar, vento, etc.).

Gary Rubloff, diretor do NanoCenter da Universidade de Maryland (EUA), frisa que essa tecnologia oferece "uma alta densidade de energia, uma forte potência e um recarregamento rápido, que são essenciais para nossa energia futura". O pesquisador insiste no fato de que se trata de uma tecnologia para a produção em massa. O objetivo é conseguir aplicar bilhões de nanoestruturas em uma bateria. Em longo prazo, ele prevê que a mesma nanotecnologia será utilizada para oferecer uma nova maneira de estocar as energias renováveis destinadas à alimentação energética das usinas. Mas igualmente de poder fazer face à demanda crescente de energia limpa.

Segundo pesquisadores do MIT, em breve será possível fabricar, a custo razoável, baterias de telefone ou de computadores que se recarregam em algumas dezenas de segundos, sendo menores e mais leves. A tecnologia que eles desenvolveram não muda drasticamente as baterias atuais que utilizamos, as baterias de íon lítio. De fato, o material utilizado é o Fosfato de Ferro e Lítio, LiFePO4 e a abordagem não requer senão simples mudanças no procedimento de produção desse material já bastante conhecido. Tudo isso trabalha a favor de uma comercialização que não levaria mais que dois ou três anos, segundo o responsável pela pesquisa, Gerband Ceder.

Como todas as baterias de íon lítio, a LiFePO4 absorve e fornece energia pela extração simultânea e, respectivamente, à inserção de íons Li+ e de elétrons. Assim, a capacidade de fornecer potência e de se recarregar depende da velocidade de deslocamento dos íons Li+ e dos elétrons através do eletrólito e através do material dos eletrodos.

As simulações feitas pelos pesquisadores Byoungwoo Kang e Gerbrand Ceder mostram que os íons e os elétrons se deslocam intrinsecamente rápido, por conseguinte, o limite a seu deslocamento rápido nas baterias atuais se situa em outro ponto: tornaram evidente que as partículas carregadas se deslocam em espécies de túneis, através do material, cujas entradas e saídas se situam na superfície. Se as partículas não estão na frente dessas entradas, elas não podem se deslocar. O LiFePO4 nanoestruturado permite obter uma mobilidade importante dos íons e elétrons na superfície do material. Um protótipo de bateria desse tipo poderia se carregar em menos de 20 segundos, contra 6 minutos com um material não modificado.

A maior parte das baterias comercializadas é feita de Lítio Cobalto, mas a LiFePO4 não sofre de sobreaquecimento, o que já levou à destruição de computadores portáteis ou outros tocadores mp3. Mesmo sendo barato, o LiFePO4, até o momento, não chamou atenção porque a Lítio Cobalto pode estocar mais carga para um dado peso.

Entretanto, os pesquisadores descobriram que seu novo material não perde sua capacidade de carga com o tempo, quando as baterias standard têm um tempo de vida mais limitado. Isso significa que o excesso de material requerido para as baterias standards para compensar sua degradação com o tempo não será mais necessário, tornando as baterias menores e mais leves, com performances de carga e de descarga bastante importantes. Carregar baterias em alguns segundos, ao invés de várias horas, vai permitir uma mudança de hábitos quotidianos, e, portanto, permitirá novas aplicações tecnológicas. De fato, a capacidade de evolução da eletrônica é limitada pela capacidade das baterias. Somente 360 W são necessários para carregar uma bateria de telefone celular de 1 Wh em 10 segundos.

Por outro lado, essa tecnologia poderia igualmente transformar o automóvel: descarregar uma bateria em alguns segundos é dispor da potência imediata que faz falta aos veículos elétricos atuais. Carregá-la em alguns minutos, ao invés de passar uma noite, permite encarar serenamente longos trajetos; ainda é preciso, bem entendido, que a rede elétrica forneça uma potência suficiente para permitir essa carga rápida.

De fato, 180 kW são necessários para carregar uma bateria de 15 kWh (bateria para veículos híbridos elétricos) em cinco minutos, o que implica a utilização de estações de energia elétricas para carregar os carros híbridos elétricos. Alguns construtores, entretanto, já investiram nas baterias de carga rápida. Utilizando a tecnologia da Altair Nanotechnologies, a Phoenix Motocars construiu um protótipo de carro elétrico, com 160 km de autonomia, que pode ser recarregado em apenas 10 minutos. Segundo Ceder, tais baterias poderão estar no mercado daqui a três anos.

Vê-se, pois, que as nanotecnologias, que já estão agitando a medicina, a biologia e a eletrônica irão igualmente permitir rupturas tecnológicas decisivas nas áreas estratégicas da energia e dos carros limpos.

Nesse contexto, não se pode a não ser se regozijar com o lançamento, a alguns dias, do projeto GIAT - Grenoble Isère Alpes Nanotechnologies, cuja ambição é fazer do MINATECH um pólo científico mundial, equivalente ao célebre MIT americano. O projeto GIANT foi lançado em 2006, estimulado por Jean Therme, diretor do CEA (Comissariado da Energia Atômica), Grenoble (França).

O GIANT se consolida em uma aliança de atores locais do setor da pesquisa, das grandes escolas e das universidades e do mundo industrial, ao redor de três eixos: as micro e nanotecnologias, as novas tecnologias da energia e as biotecnologias. A GIANT reúne hoje 6 000 pesquisadores e 6 000 estudantes. Os objetivos visados, em seis anos, consistem em atingir 8 000 pesquisadores, 10 000 estudantes, 5 000 publicações e 350 patentes por ano, com um orçamento anual de 1 bilhão de euros.

Jean Therme, iniciador do projeto e diretor do CEA Grenoble, anunciou um futuro "Minatech" da energia que deverá reunir 3 000 pesquisadores sobre 100.000 m2. Terá a vocação de sustentar a produção de sensores solares, "produzir" veículos de baixo consumo e desenvolver uma forte atividade na linha das baterias.

A França - que soube desenvolver um pólo de excelência de nível mundial na área das nanotecnologias -, deve absolutamente prosseguir e aumentar seu esforço ao longo dos próximos anos porque, não há mais dúvida, de que as nanotecnologias vão permitir, nos cinco setores-chave: ambiente, ciências da vida, tecnologias da informação, energia e transportes, saltos tecnológicos consideráveis.

RT Flash, 3-16 de abril, 2009 (Tradução - MIA).


Nota do Scientific Editor: esta matéria, de autoria de René Trégouët, Fundador do Grupo de Prospectiva do Senado e Senador Honorário da França, foi publicada inicialmente no Boletim Eletrônico RT Flash Lettre, número 531, 3-16 abril, 2009.


Assunto Conexo:

Nanotecnologias: o grande salto à frente!

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