O armazenamento de energia é a grande limitação dos veículos eléctricos, isto porque a capacidade de recarregar a potências mais elevadas (de 150 a 250 kW e, em breve, 350 kW) diminui consideravelmente os tempos de carga, passando para minutos o que há dois ou três anos eram horas. O problema é que, para melhorar a capacidade das baterias sem incrementar o peso ou o preço, é necessário optimizar a sua química. E a verdade é que há acumuladores melhores e piores, pois se é frequente ver os técnicos apontar à Tesla uma densidade energética de 250 Wh/kg, a maioria das baterias do mercado ainda anda pelos 200 Wh/kg, e por vezes menos, o que obriga a carregar mais quilos de baterias para garantir a mesma autonomia.

A indústria dos acumuladores tem-se desdobrado em investimentos multimilionários, não só na tentativa de encontrar melhores soluções para o futuro – por exemplo, para conseguir produzir baterias sólidas, ou seja, sem electrólito líquido –, mas igualmente optimizar as actuais. Porém, estas melhorias são, no fundo, “um pau de dois bicos”, pois com a actual tecnologia de acumuladores de iões de lítio é possível conceber baterias com maior densidade energética, com mais ciclos de vida (mais duradouras) ou mais seguras (com menos tendência para se incendiarem em caso de acidente com fuga de electrólito ou aquecimento excessivo). Lamentavelmente, parece não ser possível melhorar estes três aspectos em simultâneo.

Um exemplo desta limitação encontra-se nas novas NCM 811 (8 partes de Níquel, 1 de Cobalto e 1 de Manganês) em que muitos (todos?) fabricantes de baterias estão a trabalhar, que por terem menos cobalto reduzem os custos e por terem mais níquel aumentam a densidade energética. Mas o alto teor de níquel, apesar de estar parcialmente estabilizado com a presença do manganês, leva a que as NCM 811 apresentem uma maior probabilidade de se incendiarem. A Tesla, que anuncia a melhor densidade energética do mercado, recorre a um princípio similar às NCM 811, mas estabiliza o níquel com alumínio.

Dois electrólitos para (quase) duplicar a capacidade

O salto tecnológico de que as baterias necessitam para melhorar a eficiência, a longevidade e a segurança pode muito bem estar a ser dado pela 24M. Ou pelo menos um dos saltos, pois a Maxwell, especialista em ultracondensadores recentemente adquirida pela Tesla, já fala em densidades energéticas de 500 Wh/kg, elevando ainda mais a fasquia, graças a uma solução completamente distinta da 24M.

No final de Março, a 24M anunciou ter entregue a um cliente as primeiras baterias de iões de lítio, que denominou semi-sólidas, assegurando que eram mais eficazes e mais baratas do que as tradicionais. Esses acumuladores tinham uma densidade energética de 250 Wh/kg, ou seja, o que a Tesla já consegue com as células 2170. Mas a novidade é que a mesma 24M, formada por inventores e cientistas em Massachusetts, revelou igualmente ter fornecido baterias com 280 Wh/kg, estando a preparar-se para, em breve, atingir os 400 Wh/kg. Tudo isto fruto da investigação suportada por um contrato com o Advanced Battery Consortium americano, no valor de 7 milhões de dólares (reforçado em final de 2018 por mais 22 milhões).

No International Battery Seminar & Exhibit, em Fort Lauderdale, na Florida, a companhia americana abriu parcialmente o jogo em relação aos acumuladores que espera produzir ainda em 2019, com uma densidade de 350 Wh/kg. Isto significa que, comparadas com uma bateria convencional (200 Wh/kg), as novas da 24M permitirão poupar 107 kg numa bateria de 50 kWh (com 250 kg, apenas ao nível das células, faltando o pack e a respectiva refrigeração), ou 214 kg num acumulador com 100 kWh. Ou seja, serão muito mais leves. Mas não só.

Qual é o truque?

A 24M continua a guardar religiosamente os seus segredos, mas sempre vai libertando alguns elementos que permitem antecipar o que está a preparar. Em vez de recorrer à construção tradicional de uma bateria “líquida”, por assim dizer (e por oposição às sólidas que chegarão dentro de uns anos), que passa por terem o ânodo e o cátodo mergulhados dentro de um electrólito líquido, onde os protões (iões positivos, no caso de lítio) se deslocam do ânodo para o cátodo, enquanto os electrões que perderam vão alimentar o motor eléctrico, a bateria da 24M é completamente distinta.

Cada eléctrodo está mergulhado no seu próprio electrólito e não há contacto entre ânodo e cátodo, ao estarem afastados por um separador. Segundo Naoki Ota, o responsável técnico da 24M, esta solução, que denomina semi-sólida, “permite recorrer a um novo tipo de soluções químicas que aumentam a densidade (de imediato 350 Wh/kg, com potencial para continuar a crescer), mas que conseguem ainda aumentar o número de ciclos de carga/descarga e reduzir consideravelmente os custos”.

O que tem atrasado – e continua a atrasar – a produção de baterias sólidas é a dificuldade na interacção sólido-sólido que as caracteriza. Esta nova solução, com um separador não permeável e condutor a posicionar-se entre o que chamam o “anólito” e “católito”, ou seja, os electrólitos que envolvem, respectivamente, o ânodo e o cátodo, ultrapassa por completo este problema. Isto torna a bateria mais fácil de produzir, exigindo para cúmulo um esquema de fabricação mais simples e barato, para depois, ao possuir menos separadores e menos camadas, reduzir os materiais dispendiosos necessários para fazer funcionar a bateria.

A 24M afirma mesmo que é possível abrir mão do electrólito à base de lítio, expandindo o tipo de potenciais electrólitos, que até podem ser água ou outros, com óbvias consequências positivas para os custos de produção, que a empresa estima serem inferiores em 50%. Isto também traz benefícios para o número de ciclos de vida, pois deixa de ter lugar a deposição de matéria nos eléctrodos, bloqueando-os. O que significa que as baterias se tornam mais duradouras.

Por outro lado, o facto de possuírem camadas de 450 mícron de espessura, em vez de 60, leva a que as novas baterias da 24M consigam ter mais 80% de materiais activos para gerar energia (para o mesmo volume), segundo os seus fundadores. Assim se explica o ganho de densidade energética – que se traduz em maior autonomia para o mesmo peso de bateria –, que é de 41% face aos acumuladores da Tesla, mas de 75% face à média do mercado.