Baterias de nanocabos de silicio

O professor assistente de ciência de materiais e engenharia Yi Cui, da Universidade americana de Stanford e seis de seus alunos descobriram uma maneira de usar nanocabos de silício para virtualmente reinventar baterias recarregáveis de íons de lítio para câmeras de vídeo, laptops, celulares e uma infinidade de outros aparelhos – inclusive, um pouco adiante, veículos elétricos.

As pesquisas sobre as baterias de silício tiveram início há três décadas, mas como o próprio Cui explica, -As pessoas simplesmente a abandonaram, porque a capacidade de armazenamento não era suficiente e o ciclo de vida era curto demais. Todo o problema estava na forna física, grande demais e que não conseguiam diminuir.-

Aí apareceram os nanocabos.
Num artigo publicado na Nature Nanotechnology, Cui, sua aluna Candace Chan e cinco outros alunos, explicaram como a nova tecnologia produz 10 vezes a quantidade de eletricidade das baterias conhecidas de íons de lítio (Li-ion): um laptop que atualmente funciona por duas horas, pode operar por 20. Como diz Cui, –Não é uma pequena melhora, é um desenvolvimento revolucionário.– Esse aumento de capacidade de armazenamento pode fazer das baterias Li-ion muito atraentes para os engenheiros eletro-automotivos, e Cui acha que podem também passar à utilização em casas ou escritórios para armazenamento de eletricidade gerada em painéis solares colocados em seus telhados.

-Dada a infraestrutura madura por trás do silício, esta nova tecnologia poderá ser utilizada muito rapidamente na vida real, fora do laboratório,- diz Cui.

A capacidade de armazenamento de eletricidade de uma bateria de Li-ion é limitada pela quantidade de lítio que pode ser contida no anodo da bateria, que é tipicamente feito de carbono. Acontece que o silício tem capacidade muito maior do que o carbono, embora o silício também apresente um problema: o silício colocado numa bateria -incha- à medida que absorve átomos de lítio positivamente carregados durante a carga (ou recarga), depois -encolhe- à medida que o lítio é -arrancado- do silício. Este ciclo de incha/encolhe tipicamente faz com que o silício pulverize, freqüentemente sob a forma de partículas ou de uma película fina, degradando o desempenho da bateria.

A nanotecnologia resolve este problema na bateria de Cui, com o armazenamento do lítio no meio de uma verdadeira floresta de nanocabos, cada um deles com diâmetro de um milésimo da espessura de uma folha de papel. À medida que o lítio é absorvido os nanocabos aumentam até quatro vezes seu tamanho original – mas, ao contrário das outras formas do silício, não se fraturam.

Em seus experimentos, Cui e seus alunos cultivaram os nanocabos num substrato de aço inoxidável, com excelente conexão elétrica. -Foi um momento fantástico quando Candace me disse que estava funcionando.-

Cui e seus alunos já pediram patente para o processo, e estão pensando em abrir uma firma ou fazer acordo com um fabricante de baterias. Para chegar ao estágio de manufatura, faltam -um ou dois passos, mas o processo pode enfrentar aumentos de escala sem problemas, já que é bem conhecido.-

As fotos acima, tiradas através de um microscópio eletrônico, mostram os nanocabos de silício antes (à esquerda) e depois (à direita) de absorverem lítio, na mesma magnificação.


José Luiz Vieira, Diretor, engenheiro automotivo e jornalista. Foi editor do caderno de veículos do jornal O Estado de S. Paulo; dirigiu durante oito anos a revista Motor3, atuou como consultor de empresas como a Translor e Scania. É editor do site: www.techtalk.com.br e www.classiccars.com.br; diretor de redação da revista Carga & Transporte.