Nanotecnologia é aplicada em baterias de smartphone

Smartphones mais finos e leves, equipados com processadores poderosos, podem até fazer a alegria dos consumidores de tecnologia, mas são uma dor de cabeça para os fabricantes de baterias — afinal, como conciliar longa duração com um design atraente? A resposta a essa questão lidera uma verdadeira corrida nos laboratórios da start-up israelense StoreDot e nos centros de pesquisa da sul-coreana Samsung. 

Criada por Doron Myersdorf no laboratório de nanotecnologia da Universidade de Tel Aviv, a StoreDot apresentou ao mercado em 6 de janeiro uma nova bateria — ainda não lançada comercialmente — que recarrega cem vezes mais rápido quando comparada às tradicionais, de íons de lítio. Na prática, isso significa recarregar totalmente um celular em menos de um minuto. No caso da bateria de um carro elétrico, a carga leva menos de cinco minutos. O segredo por detrás dessa velocidade está nos materiais usados na confecção da bateria, baseada nos chamados nanodots (nanopontos, em tradução literal), moléculas orgânicas sintetizadas quimicamente em laboratório. “O uso de compostos bio-orgânicos e eletrodos feitos de biopolímeros reduz o custo global da bateria, devido à eficácia destes materiais em termos de custos”, explica Myersdorf, CEO da StoreDot. “Além disso, em comparação com metais pesados tóxicos e poluentes e com compostos inorgânicos, os biomateriais têm menos influência sobre o meio ambiente e menor risco biológico.”

Apresentada ao público na última edição da Consumer Electronics Show (CES), gigantesca feira de eletrônicos realizada em Las Vegas, nos Estados Unidos, a bateria da StoreDot está prevista para chegar ao mercado no segundo semestre de 2016, como parte de dispositivos móveis (vestíveis, smartphones etc). Já a versão automotiva equiparia carros elétricos a partir da segunda metade de 2017, segundo estimativa da empresa israelense. A recarga em menos de cinco minutos eliminaria uma das barreiras existentes para a popularização dos carros elétricos. Hoje, para atingir o nível de 100%, são necessárias horas de carga.

Além de serem ambientalmente menos agressivos, os compostos orgânicos utilizados pela start-up israelense permitem adaptar a bateria a novas funções simplesmente a partir de alterações químicas. “Usar materiais bio-orgânicos permite a incorporação de diferentes grupos funcionais apropriados (aminas, carbonilos ou ésteres, por exemplo), o que conduz a uma grande variedade de compostos adequados para propósitos específicos”, diz Myersdorf. “Desta forma, a criação de compostos a partir de biomoléculas multifuncionais pode aumentar a absorção de íons de lítio e seus contra-íons.”

Referência no mercado mundial de celulares, a Samsung trabalha no desenvolvimento de uma bateria flexível com eletrólitos sólidos. Além de mais finas, têm maior capacidade quando comparadas às baterias que usam eletrólitos líquidos ou polímero de íons de lítio. Dentro da estratégia da gigante sul-coreana, as baterias flexíveis ocupam um papel central no desenvolvimento de dispositivos vestíveis. Para a companhia, pulseiras para monitoramento de indicadores de bem-estar físico, smartwatches e óculos inteligentes são a prova do potencial de mercado para as baterias flexíveis. No momento, está desenvolvendo materiais, estruturas e instrumentos de avaliação para estabelecer a confiabilidade das baterias flexíveis, segundo informou a Samsung, por e-mail. 

O interesse da companhia no mercado de baterias ultrapassa em muito o segmento de celulares. Com a procura crescente por bicicletas, scooters e carros elétricos, dentro de uma lógica de consumo que privilegia a sustentabilidade, a Samsung projeta um cenário em que trens, navios e até aviões serão movidos a bateria. Para fazer frente à demanda, a companhia pesquisa tecnologias alternativas. “Estamos desenvolvendo alguns tipos de materiais pós-lítio. No entanto, não podemos revelar detalhes sobre os materiais neste momento”, informou a multinacional sul-coreana.

A Samsung iniciou este ano a construção de uma fábrica de baterias automotivas na China. A unidade vai entrar em operação ainda em 2015. O objetivo é transformar a unidade industrial na maior base de produção de baterias automotivas da China.

Bateria com carga infinita violaria as leis da física, diz o especialista do Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos (IEEE) Kyle Wiens

O desenvolvimento de semicondutores mais eficientes do ponto de vista energético têm ajudado a aliviar a pressão sobre a indústria de baterias, que não vem progredindo num ritmo tão acelerado, explica o Kyle Wiens, membro do Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos. Sonho de consumo dos viciados em smartphones, a bateria com duração infinita é uma impossibilidade física, diz ele.

Os smartphones têm cada vez mais funcionalidades o que, pelo menos em tese, exige mais da bateria do aparelho. Ao mesmo tempo, por questões de design, os celulares precisam ser cada vez mais finos e leves. Como conciliar essas tendências opostas?

A cada ano, o software fica mais sofisticado e coloca mais exigências sobre o produto. Há limites para o quão pequenos você pode fazer telefones. E telas maiores estão exigindo baterias maiores. Também é importante certificar-se de que o telefone é fácil de desmontar para a manutenção e substituição da bateria. Baterias de telefone geralmente só duram um ano ou dois.

Do ponto de vista da engenharia elétrica, quais os principais desafios tecnológicos para produzir baterias de celular mais leves e de maior duração?

Estamos tendo melhores resultados em aperfeiçoar semicondutores, tornando-os mais eficientes do ponto de vista energético, do que em produzir baterias melhores. à medida em que novas técnicas de manufatura para o silício são desenvolvidas, a pressão sobre os fabricantes de bateria diminui.

Novas tecnologias, como a das células de combustível, ainda não estão disponíveis comercialmente. Há alguma tecnologia alternativa promissora, com capacidade para substituir as baterias tradicionais de íons de lítio?

Não há realmente alternativas ao polímero de lítio que sejam viáveis para celulares agora. Baterias solares não têm a densidade de potência e a tecnologia de células de combustível exige cartuchos descartáveis. A densidade de potência apenas não está lá ainda.

Com base nas tecnologias conhecidas atualmente, podemos esperar a criação de uma bateria com carga de duração infinita?

Não, isso violaria as leis da física. Mas algumas tecnologias como os supercapacitores e as químicas alternativas para bateria se mostram promissoras em alguma medida. No final das contas, nenhuma bateria dura para sempre. As baterias são consumíveis e devem ser fáceis de trocar. O design do produto em torno da bateria tem que permitir sua fácil substituição.