Se as baterias de grafeno fazem tudo o que os cientistas dizem, elas podem ser um Gamechanger

Imagine que está a percorrer a auto-estrada no seu novo carro eléctrico, equipado com a mais recente bateria de grafeno. Você nota que está com pouco suco, então você encosta em uma parada de descanso, liga e vai para dentro para pegar uma pizza.

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Quando você terminar e voltar para fora, seu carro já está quase carregado – e pronto para mais 300 milhas ininterruptas.

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Este é o futuro do transporte que certos cientistas com olhos estrelados prometem que está chegando em breve. Eles dizem que, ao superpoder baterias com grafeno – uma folha de carbono com apenas um átomo de espessura – tudo, desde ferramentas eléctricas a carros eléctricos, irá carregar mais rapidamente, manter mais energia, custar menos, e talvez até ajudar a civilização a afastar-se finalmente dos combustíveis fósseis destruidores do planeta. E essas maravilhosas baterias poderiam começar a se desenvolver, dizem, em algum momento do próximo ano.

“O grafeno é um material incrível, e é particularmente incrível como material para baterias”, disse ao Futurism Chip Breitenkamp, um cientista de polímeros e vice-presidente de desenvolvimento de negócios da empresa de baterias de grafeno NanoGraf. A tecnologia, disse ele, pode “fazer com que as baterias carreguem mais rápido e dissipem o calor de forma mais eficaz”. Isso tem grandes implicações. Significa que as ferramentas eléctricas não sobreaquecem tão rapidamente. Significa que os electrodomésticos servem melhor as famílias, por mais tempo. E eventualmente significa que podem carregar mais rápido”

“Essencialmente, o grafeno pode desempenhar um papel central na alimentação de um futuro elétrico sustentável”, acrescentou Breitenkamp.

O carregamento rápido não é o único ponto de venda. No laboratório, o NanoGraf diz que suas baterias de grafeno mostram um aumento de 50% no tempo de funcionamento em comparação com as convencionais de íons de lítio, uma queda de 25% na pegada de carbono e metade do peso necessário para fornecer a mesma saída.

A idéia básica se resume à química. Ao longo de décadas, os fabricantes de baterias passaram a adotar o lítio sobre o silício porque ele tem uma alta capacidade elétrica. Mas o lítio tem dois problemas fundamentais. Ele conduz mal a eletricidade e tende a deformar-se fisicamente à medida que descarrega, acabando por cisalhar e rachar. Misturar ou revestir o lítio com grafeno – ou, mais recentemente, nanomateriais relacionados, como óxidos de grafeno e óxidos de grafeno reduzidos – resolve ambos os problemas. O grafeno é altamente condutivo, permitindo que a eletricidade flua, e rígido, então ajuda o lítio a manter sua forma, permitindo que a bateria dure mais.

“O grafeno tem condutividade eletrônica muito alta, então quando você o coloca em seu ânodo de silício, a condutividade realmente sobe”, disse Christos Athanasiou, um engenheiro da Universidade Brown que publicou pesquisas sobre baterias de grafeno, ao Futurism. “E o grafeno tem propriedades mecânicas muito boas – é muito, muito forte”. Portanto, quando você tem o ânodo se expandindo, o grafeno essencialmente impede essas variações de volume, de modo que não permite que o ânodo de silício se expanda tanto que não se quebre”

Outro benefício: Como a robustez do grafeno concede às baterias muito mais ciclos de vida do que uma bateria convencional, dizem os defensores, elas podem “empurrá-las” com mais força e carregá-las mais rapidamente com uma corrente elétrica mais potente. Elas se degradarão mais rapidamente, mas sua abundância de ciclos de descarga ainda lhes garante uma vida útil mais longa do que as baterias convencionais.

Nanograf não é o único startup que diz que está a funcionar com uma prática bateria de grafeno. Samuel Gong, o CEO da concorrente Real Graphene, disse ao Futurism que ele acredita que a tecnologia de sua empresa poderia carregar um carro em menos de uma hora.

“Nós também temos um orçamento maior de ciclos de vida que podemos sacrificar porque as pessoas normalmente não mantêm seus produtos por mais de alguns anos, muito provavelmente”, disse Gong. “Uma bateria de grafeno pode levar muito mais punição de certa forma, o que permite esse ciclo de vida extra. Podemos empurrá-lo com muito mais força”

O resultado, ele diz, é uma bateria barata com densidade de energia e desempenho muito maiores.

“Eu acredito que tão importante para a evolução da tecnologia quanto algo como plástico”, disse Gong, “onde no futuro poderia ser aplicado a quase tudo”

As promessas são enormes, mas ao mesmo tempo, afirmações específicas podem começar a parecer confusas. A Nanograf diz que já está trabalhando com uma empresa de ferramentas elétricas e uma empresa que fabrica baterias para veículos elétricos para trazer sua tecnologia ao mercado, mas disse que não poderia nomear parceiros específicos.

E Gong nos disse que o Real Graphene já está pilotando ônibus movidos a baterias Graphene em Xangai, China – mas quando perguntamos por detalhes sobre o programa, como quem está rodando os ônibus e se as baterias estão cumprindo suas imponentes promessas técnicas, ele se recusou a comentar.

Em um sentido maior, o Graphene foi isolado pela primeira vez em 2004. Por que o grande impulso para colocá-lo em tudo agora?

“Nos últimos 15 a 20 anos, basicamente toda a comunidade de armazenamento de energia tem feito muito trabalho em como fazer um bom material nanocomposto, como fazer este ânodo de silício grafeno ter as propriedades desejadas”, disse Athanasiou. “Assim, recentemente, nos últimos anos, tornou-se mais fácil fazer grafeno, e existem outros nanomateriais baseados em grafeno, como o óxido de grafeno”

“Estes nanomateriais oferecem propriedades ainda melhores”, acrescentou ele. “O óxido de grafeno se mistura melhor com o silício, por exemplo. E depois verificou-se que quando você usa óxido de grafeno reduzido, ele oferece propriedades ainda melhores”

Em outras palavras, o grafeno tem estado em um estado perpétuo de “quase pronto para revolucionar o mundo” por anos. Mas com os custos de fabricação tendendo para baixo, múltiplas startups disseram ao Futurism que suas baterias estarão à venda em pequenos dispositivos como ferramentas elétricas já no próximo ano. Depois disso, eles planejam ficar ainda mais ambiciosos.

“As baterias que entram em EVs requerem ciclos de testes extremamente longos”, disse Breitenkamp, da NanoGraf, ao Futurism. “Então, você pode imaginar, essas baterias têm que ser testadas por três a quatro anos, no mínimo”. Não se trata de fazer a nossa tecnologia funcionar em um EV agora”. Nós acreditamos plenamente que funcionaria, mas é uma questão de toda a validação necessária para entrar em um EV.”

“Não é uma questão de se funciona, é uma questão de quanto tempo leva até que ele consiga colocar os polegares para cima em coisas como segurança e longevidade”, acrescentou Breitenkamp.

É possível que as baterias de grafeno estejam atraindo interesse além da comunidade de inicialização. Na verdade, vários especialistas entrevistados para esta história especularam que Tesla pode estar secretamente experimentando com a mesma tecnologia – embora todos eles enfatizaram que a teoria era apenas conjectura.

“Eu não tenho dúvidas de que Tesla está trabalhando neste tipo de tecnologia”, disse Gong, acrescentando que construir carregadores poderosos o suficiente pode ser um desafio maior do que fazer as próprias baterias de grafeno.

“Provavelmente eles vão, mas todas estas coisas são super confidenciais”, disse Athanasiou. “Ninguém fora da empresa realmente saberia”.

Tesla, que recentemente dissolveu todo o seu departamento de relações públicas, não reconheceu as questões do Futurismo ou o pedido de comentários. Mas independentemente de Tesla estar trabalhando em baterias de grafeno, há inúmeros desafios técnicos que precisam ser resolvidos antes que sejam úteis como produto de consumo.

Um problema prático, disse Gong, seria que se um grande fabricante de automóveis conseguisse desenvolver baterias de grafeno prontas para o mercado, o enorme atrativo de carregar correria o risco de sobrecarregar completamente a infra-estrutura elétrica.

“A rede elétrica mal consegue lidar com o que temos agora, pelo menos quando falamos sobre a Bay Area. É algo que eu realmente não consigo ver acontecendo só porque é muita energia”, disse Gong. “Não é apenas construir uma usina nuclear e dizer que temos a energia. É também o fornecimento de energia: se a fiação da cidade pode até mesmo lidar com esse aumento de energia”

Existem também, todos admitem, ainda problemas técnicos que precisam ser resolvidos. Um, disse Breitenkamp, é que empurrar as baterias com demasiada força pode causar problemas como a deformação dendrítica – essencialmente um curto-circuito interno. Mas vários especialistas disseram ao Futurism que a deformação dendrítica pode ser resolvida com, você adivinhou, mais graphene.

Even se a deformação dendritic plopping em mais blocos de graphene dendritic creep, no entanto, há problemas de fabricação persistentes. Empresas diferentes usam truques diferentes para realmente revestir ou implementar baterias em grafeno, mas a consistência é um desafio independentemente da metodologia.

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Conteúdo, Athanasiou disse, os cientistas podem fazer protótipos realmente bons no laboratório – mas avançar para a produção em massa de produtos acabados é um desafio totalmente à parte.

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“O que eu posso dizer é que a ciência está lá”, disse Athanasiou. “No entanto, em termos de tecnologia, ainda não está pronta. Sabemos como fazer estes grafenos de silício nanocomposto, mas como podemos fazê-los reprodutíveis – isso é um grande desafio”.

“E, claro, há a propaganda que tem impulsionado o grafeno e sustentado o interesse nele desde a sua descoberta. Ele tem sido transformado em jaquetas, tocado como uma fonte de eletricidade infinita, e até mesmo como uma forma de dessalinizar água instantaneamente.

Parte disso é a necessidade dos cientistas precisarem despertar o interesse em seu trabalho, disse Greg Less, diretor técnico do Laboratório de Usuários de Bateria do Instituto de Energia da Universidade de Michigan. Mas ele também disse que não tem certeza de quão úteis as baterias de grafeno vão acabar sendo. O Graphene não é a especialidade específica do Less, ele deixou claro, mas desconfia que pode desaparecer como outra moda.

Ele citou os nanotubos de carbono – o “material milagroso” de outrora – como exemplo. Os nanotubos de carbono são basicamente apenas pedaços de grafeno enrolados em tubos, e muitas afirmações ousadas foram feitas sobre como isso também revolucionaria a sociedade.

” tipo de material gee-whiz neste momento,” Less said. “Vai haver melhorias? Vai. Será que essas melhorias serão suficientes para deslocar uma opção mais barata e mais disponível? Provavelmente não. Talvez não. Eu não sei. Não sei.”

Em poucas palavras, o hype que rodeia o grafeno obscurece o seu futuro. Separar a utilidade real para o nanomaterial dos esforços bem intencionados que acabarão por falhar é difícil. Mas precisamos limpar nosso ato ambiental de alguma forma, e se quisermos evitar os impactos mais devastadores das mudanças climáticas, então podemos acabar precisando de uma ou duas Ave Maria. Se mesmo uma fração do que os defensores do grafeno dizem ser possível acabar acontecendo, será de fato uma arma valiosa na luta contra os combustíveis fósseis.

“Estamos apenas animados em ver a eletrificação se tornar uma realidade”, disse Breitenkamp sobre o potencial do grafeno para revolucionar os carros elétricos. “Nos últimos dez anos, tem parecido no éter. Ser capaz de fazer um carro que seja acessível o suficiente para colocar na garagem de todos, vai mudar muitas coisas. Vai mudar a narrativa sobre mudanças climáticas e até mesmo empregos.”

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