Energia abaixo de zero

Energia abaixo de zero

Bateria criada em universidade dos EUA tem sistema de aquecimento que a permite funcionar em ambientes com temperatura negativa. Com o peso parecido ao dos tradicionais, o dispositivo também chama a atenção pelo baixo custo

» ROBERTA MACHADO
postado em 21/01/2016 00:00
Trabalhar nos dias mais frios pode ser um desafio para muitos, inclusive para equipamentos eletrônicos. Quando o termômetro atinge níveis negativos, a eletricidade não flui da mesma forma, e o suprimento de aparelhos móveis fica comprometido. Para resolver esse problema, pesquisadores desenvolveram um novo modelo de bateria equipado com um sistema de regulação térmica inteligente. O dispositivo conta com um tipo de aquecedor particular, que esquenta o equipamento de dentro para fora. A invenção, descrita em um artigo publicado hoje na versão on-line da revista Nature, pode permitir o uso de máquinas como drones, robôs e carros elétricos em ambientes de temperatura rigorosa.

O segredo da bateria autoaquecida está em uma folha de níquel de apenas 50 micrômetros que conduz a corrente elétrica armazenada e a transforma em calor. Em apenas 30 segundos, o sistema é capaz de elevar a temperatura de um dispositivo de 30 graus negativos para zero. Se o ambiente estiver a 20 graus negativos, o prazo é reduzido para 20 segundos. O desvio da corrente consome 5,5% e 3,8% da carga do equipamento, respectivamente. Assim que o sistema atinge níveis positivos, a bateria volta a funcionar normalmente e o desvio para a folha de alumínio é desligado. O processo pode ser controlado manualmente ou por meio de um interruptor automático similar ao sensor usado em cafeterias elétricas.

Foram necessários anos de trabalho até o desenvolvimento de um sistema leve e eficiente que pudesse manter os dispositivos eletrônicos aquecidos. Testes com materiais sofisticados e coberturas nanométricas resultaram em designs caros e pouco eficazes. ;Esses experimentos fracassados nos ensinaram um conceito fundamental de que nós só precisamos aquecer a interface eletroquímica em que o poder é gerado;, conta Chao-Yan Wang, professor da Universidade Estadual de Pensilvânia, nos Estados Unidos, e principal autor do trabalho. ;Nos deparamos com o uso de folhas metálicas, e o níquel tem baixo custo e funciona lindamente;, descreve Wang.

Em um ambiente de frio rigoroso, a nova bateria garante o aproveitamento de energia até 12 vezes maior do que o obtido a partir de um dispositivo de lítio comum. A invenção, acreditam os autores, seria particularmente útil em veículos elétricos. Motoristas que usam esse modelo de carro em regiões muito frias economizariam até 10% de energia nos dias de temperatura mais baixa. Nos testes de laboratório, a bateria se manteve aquecida por muitas horas e perdeu apenas 7% da capacidade depois de passar por 500 ciclos de ativações. Se fosse usado em um carro elétrico, os pesquisadores acreditam que o dispositivo resistiria por mais de 16 anos de operação.

Resistência alterada
;Quando há uma redução da temperatura, ocorre uma alteração das propriedades dos materiais que formam a bateria, alterando a resistência dela;, explica Luciano Duque, professor do curso de engenharia elétrica do Centro Universitário de Brasília (UniCeub). Quanto mais baixa a temperatura da bateria, maior a resistência do dispositivo. Isso significa que fica mais difícil produzir energia, comprometendo o funcionamento do equipamento eletrônico. ;Abaixo de zero, a bateria vai produzir uma tensão menor do que ela gera normalmente;, aponta Duque.

No frio, o dispositivo tende a perder energia, demora para carregar e pode até mesmo afetar o funcionamento do equipamento eletrônico. Em baterias de lítio comuns, a baixa temperatura pode significar a perda de até 40% da carga. Até então, a incompatibilidade das baterias com o frio era resolvido com o uso de coberturas térmicas, aquecedores ou materiais de isolamento incorporados à estrutura do dispositivo. No entanto, as soluções também resultavam em excesso de peso e em estruturas mais espaçosas, o que comprometia o uso dessas baterias em drones, por exemplo.

O novo equipamento descrito na Nature supera esses problemas e pesa apenas 1,5% a mais do que uma bateria de lítio tradicional. Outra vantagem da invenção está no uso do níquel, um material de baixo custo. ;Basicamente, a nossa solução mostra que uma fina folha de níquel encerra a era da incompetência de baterias em baixas temperaturas. De agora em diante, elas podem ser tão robustas quanto motores de combustão interna em ambientes abaixo de zero;, afirma Wang.

O próximo passo da pesquisa é melhorar a tecnologia para torná-la ainda mais eficiente. Os desenvolvedores acreditam que podem adaptar o design para que o processo de aquecimento leve menos de cinco segundos e consuma menos de 1% da carga da bateria em um ambiente de 20 graus negativos. O grupo também pretende explorar a ideia para criar uma bateria inteligente, com um sistema que regule a segurança, a performance e a duração do dispositivo.




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