Dicas para implementar a nanotecnologia do nióbio e inovar já baterias de carros elétricos — Parte 1

O posto, hoje em dia, é um dos lugares onde você mais faz contas, não é mesmo? A boa é que queimar gasolina tem dias contados e o óleo não mais aplicará peso ao seu bolso.

Na verdade, o preço do óleo sozinho já não é mais a única razão de uma montadora inovar para te reconquistar.

Numa época onde cresce a consciência de que é preciso reduzir a pegada ecológica para evitar a catástrofe climática, investir em carros elétricos é fundamental.

Você decidiu apostar em baterias de íon lítio e precisa de uma solução definitiva para melhorar o desempenho delas e ganhar o mercado? Então pare de se preocupar agora mesmo.

Nas próximas linhas, você aprenderá a implementar a nanotecnologia do nióbio para inovar já.

Afinal, o que é uma bateria de íon lítio?

Falando em carros elétricos, dentro de 3 a 5 anos as baterias alcançarão a meta ($125-$150 por quilowatt-hora) que tornará o motor elétrico competitivo com o motor a combustão.

E é o desenvolvimento de materiais novos que amplia a utilização da tecnologia.

Antes de te entregar uma solução estratégica que ampliará o uso do nióbio neste mercado, saiba que a bateria de lítio é um dispositivo eletroquímico.

Ele entrega a voltagem de saída e a carga (capacidade) que você deseja. A combinação desses determina a densidade de energia.

Para isso ficar mais claro, vou olhar com você para dentro de uma bateria tradicional. Assim, dou um tapinha na informação para que tudo faça mais sentido.

Conheça a estrutura que funciona nos bastidores

É importante que você saiba que toda bateria é uma associação de pilhas e que cada uma consiste basicamente de três componentes:

um eletrodo negativo (ânodo), contendo grafite, um eletrodo positivo (cátodo), contendo um óxido misto de lítio, ambos mergulhados num líquido com sais dissolvidos (eletrólito).

Sendo assim, quando você conectar um carregador à bateria do seu carro, você ativará uma série de reações eletroquímicas em cada pilha.

Neste processo, uma porção do lítio, contido no cátodo, migra, na forma de íons, pelo eletrólito, que embebe os eletrodos, e se insere dentro do grafite, contido no ânodo.

Quando o descarregamento ocorre, outra porção de lítio migra de volta deixando cargas elétricas para trás e, assim, gerando energia. Veja este vídeo (em inglês), produzido pela Minute Physics.

Agora que já demos uma olhada nos principais componentes e que você entende mais do funcionamento de uma bateria, confira as dicas que levarão sua tecnologia do zero ao sucesso.

Como inovar carros elétricos: tirando suas baterias do zero

Como disse, grafite é tradicionalmente usado no ânodo, por ser abundante e barato.

Apesar disso, sua capacidade prática, de 260 a 280 ampère-hora por quilograma de material, limita as possibilidades de se desenvolver carros mais eficientes.

Ou seja, se quiser que o ânodo acumule mais lítio — por conseguinte, mais carga —, você precisa introduzir materiais novos para melhorar a autonomia veicular.

Cristais de óxido de nióbio são alternativas interessantes, pela disponibilidade e pelo baixo custo.

É verdade que seguem um pouco atrás do grafite em termos de capacidade prática, de 180 a 200 ampère-hora por quilograma, por isso devem ser projetados em nanoescala.

Dito isso, quais dicas são importantes para você tirar a sua solução do zero?

1. Aumente o volume estrutural

Você está começando e quer quantidades mais relevantes de lítio estocadas. A lógica é expandir o volume da estrutura física de cada cristal.

Afinal, um ambiente espaçoso facilita o armazenamento e promove o transporte do lítio.

Introduza uma “impureza”: substitua alguns átomos de nióbio do host — o cristal do óxido de nióbio — por outro químico de maior tamanho.

Eu sei, selecionar um elemento é uma tarefa difícil. Pra te ajudar, priorize uma terra-rara. Não à toa, nossas reservas são as segundas maiores do mundo, atrás só da China.

Além disso, é impensável uma estratégia de desenvolvimento que não inclua melhoria de propriedades elétricas. Vamos à dica seguinte.

2. Melhore a condutividade eletrônica

O pulo do gato é que a “impureza” que você usou para substituir alguns átomos de nióbio do host também te auxilie a modificar a estrutura eletrônica do cristal.

Você tem 17 opções de terras-raras para escolher. Uni-duni-tê? Não! Como você está começando, minha recomendação é simples: neodímio.

Além de ser maior que o nióbio, o neodímio possui um elétron de valência a mais. Por causa disso, cada “contaminante” vai contribuir com um elétron livre.

Lembra da química da escola e de como você aprendeu que metais permitem o trânsito rápido de eletricidade por conta de seus elétrons livres?

A “eureka” onde me inspirei para te ajudar a melhorar a condutividade do óxido de nióbio.

3. Amplie a área de superfície

É por meio do controle desta propriedade [e combinando bem as dicas anteriores] que você eleva o desempenho de sua bateria.

Lembra de como falei que as reações eletroquímicas são as estruturas que funcionam nos bastidores?

Quanto maior a área de contato entre o ânodo e o eletrólito, melhor será o transporte do lítio pela estrutura dos cristais.

Para aumentar a área de superfície do óxido de nióbio, uma ideia legal e barata é induzir, com uso de tensoativos, os cristais a se orientarem na forma de nanofios.

Seus resultados serão ainda mais promissores.

Clicando aqui, você se aprofunda mais nestas [e outras] perspectivas com uma compilação [de textos científicos] que separei para você.

Assim, sabendo que a tendência dos próximos anos é eletrificar os veículos e tornar as baterias competitivas, podemos esperar materiais mais avançados daqui pra frente.

Gostou desse post? Acredito que também vai gostar do e-book gratuito Desmistificando o Nióbio.

Agora que você entende melhor sobre inovação de baterias para carros elétricos, já pode entrar em contato comigo e ver quais são as opções de trabalho que ofereço para você ampliar a utilização do nióbio e outros recursos críticos!

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Sobre o Autor:Sou Cientista de Materiais e criador do NanoBlog. Te ajudo a inovar produtos com transformação estratégica de matérias-primas em soluções para mobilidade sustentável. Criei o NanoBlog com a missão de ajudar a transformar continuamente a vida das pessoas por meio da Nanotecnologia. Eu acredito que Nanotecnologia não é somente sobre criar produtos, mas também sobre mudar a vida das pessoas. E que criar produtos sustentáveis é a melhor forma de melhorar a qualidade de vida e ambiental. Conte comigo para desenvolver produtos e estimular negócios com as Pequenas Dimensões que geram Grandes Inovações!