Boa parte das utilidades da vida moderna giram em torno de eletrônicos portáteis, que teriam pouquíssimo uso se não fossem as baterias.
Smartphones, notebooks, relógios e tablets podem ser carregados pra lá e pra cá porque usam uma fonte de energia que é capaz de ser recarregada várias vezes. Quando acaba, basta plugar a bateria na tomada, via um carregador.
O problema é que as baterias têm uma vida útil limitada e, mais cedo ou mais tarde, morrem.
O desafio dos cientistas, relatados em uma publicação recente da revista "Science", é tentar prolongar a eficiência e a durabilidade das baterias atacando justamente a limitação atrelada à escolha das matérias-primas e à tecnologia por trás de sua manufatura.
TRAMBOLHOS
Curiosamente, este mercado ainda é dominado, em termos de energia total fornecida, pelas antiquíssimas baterias de chumbo-ácido. São esses trambolhos que permitem que os carros deem partida.
Trata-se de uma tecnologia do século 19 (1859), mas que ainda está longe de se tornar obsoleta.
Com o tempo, a bateria foi aperfeiçoada, em parte para "permitir a inclusão de brinquedinhos" aos carros, como vidro elétrico, rádio, displays interativos, entre outros, explica o físico e professor da USP de Ribeirão Preto José Maurício Rosolen.
A bateria de chumbo-ácido é barata e consegue produzir uma alta voltagem, mesmo com uma baixa densidade energética –capacidade de armazenar energia em relação ao tamanho.
Sendo assim, não existe motivação para trocar de tecnologia, explica o professor, já que a demanda é atendida adequadamente, na média.
Nessa bateria, concebida pelo francês Gaston Planté, no lado negativo (ânodo), o chumbo reage com o bissulfato (proveniente do ácido sulfúrico), liberando elétrons. Como nada some na natureza, esses elétrons são aproveitados em outra reação no lado positivo (cátodo), onde óxido de chumbo reage com o bissulfato, formando sulfato de chumbo.
Nessa sopa de termos eletroquímicos, o importante é que, entre um passo e outro, o "caminhar" do elétron gera energia.
Toda a construção de uma bateria tem esse propósito: criar uma tensão grande o suficiente para que o elétron queira "andar". E, aí, aproveita-se essa caminhada entre ânodo e cátodo para ligar uma lâmpada ou alimentar os circuitos de um notebook.
CARGA E RECARGA
Um dos motivos da morte das baterias é o excesso de ciclos de carga e recarga. A bateria de chumbo-ácido, por exemplo, é recarregada com a energia gerada pelo movimento do carro. Com o acúmulo de ciclos, no entanto, há formação de cristais de sulfato de chumbo que impossibilitam a bateria a voltar completamente ao estado original.
Há ainda o risco de a bateria explodir com uma sobrecarga, de haver vazamento de ácido (corrosivo) e da liberação de gás, que culminam em dano permanente ao aparato.
MAIS EM MENOS
Pesadas, mas não tanto, as baterias de níquel-cádmio tiveram sua era. Também recarregáveis, elas eram as preferidas para alimentar câmeras de TV e flashes poderosos. O cádmio faz um papel análogo ao do chumbo e de outros compostos.
"A ideia sempre foi diminuir custo e/ou aumentar performance", explica Rosolen.
"Imagine um satélite que precise de uma bateria que dure 10 ou 15 anos, que não pode falhar. São necessários engenharia de software e circuitos de proteção para mantê-la funcionando."
O professor se refere às baterias de íon-lítio –umas das mais famosas hoje em dia. Dê uma olhada na bateria do celular. Provavelmente será o caso.
Elas até agora são campeãs tanto em custo de produção quanto em performance. O que não quer dizer que estejam livre de defeitos.
Uma vantagem é que elas não sofrem com o famigerado "efeito memória", com o qual uma bateria estraga mais rápido se recarregada antes de uma descarga completa.
PROBLEMA CÍCLICO
Mas elas também sofrem com os repetidos ciclos de carga e recarga –boa parte dos celulares de hoje não permite a troca de suas baterias. Qualquer defeito nelas faz com que o aparelho tenha de ser todo trocado.
Durante os ciclos de recarga, existe um aumento de temperatura pelo efeito Joule –a mera passagem de corrente faz a bateria esquentar, acelerando sua degradação.
De forma simplificada, há sucessivas contrações e expansões da bateria de acordo com a fase do ciclo em que se encontra –o que faz acumular "lesões" em seus componentes, dificultando a recarga.
Se controlada a temperatura (refrigerando a bateria, por exemplo), a vida útil pode ser bastante prolongada. De forma análoga, deixar uma bateria no sol pode ter o efeito contrário.
Em um futuro próximo, as baterias de íon-sódio poderão roubar uma fatia do mercado daquelas de íon-lítio. Isso porque essas baterias tem uma densidade energética muito maior, e porque é muito fácil obter sódio, a matéria-prima, na natureza.
As desvantagens dessa bateria são que ela permitiria um número menor de ciclos de carga e recarga do que as de íon-lítio, e que, como ela tem mais massa, os aparelhos se tornariam um pouco mais pesados do que os atuais.
"Um mercado para baterias de íon-sódio seria para armazenamento da energia eólica e daquela gerada por painéis solares", diz Rosolen.