Especial: nova tecnologia de baterias aumentará em 10 vezes autonomia de elétricos

Em conjunto com a Sila, empresa de materiais de bateria de última geração, a Mercedes-Benz está investindo na tecnologia de ânodo de silício para a alimentação de seus futuros modelos elétricos. O inovador material é capaz de multiplicar a capacidade de armazenamento de energia em até 10 vezes – o que significa uma revolução para a autonomia dos veículos elétricos.

Caso tudo dê certo, o primeiro carro a receber a nova bateria será o futuro modelo Mercedes-Benz Classe G elétrico, com lançamento programado para meados da atual década.

Conheça a nova tecnologia de baterias com ânodo de silício

As baterias são compostas, basicamente, de três partes específicas, sendo uma delas é o ânodo (as demais são o cátodo e o eletrólito). É nessa área que os elétrons, que fornecem energia aos dispositivos elétricos, são formados. A partir de 2011, os ânodos de grafite passam a ser mais comumente usados em baterias de lítio. 

O ânodo é carregado negativamente e é onde os elétrons se acumulam. Por uma imposição da física, os elétrons são obrigados a viajar para uma carga positiva, que é produzida pelo cátodo.

A camada de eletrólito impede que os elétrons entrem diretamente no cátodo e, ao contrário, força a energia a se mover através do dispositivo elétrico, ligando o dispositivo e fazendo com que ele funcione, antes de parar no cátodo. É esse processo que faz com que todas as baterias funcionem.

Um ânodo de silício tem a capacidade teórica de produzir até 10 vezes a quantidade de energia de um ânodo de grafite tradicional. A grande questão, do ponto de vista das tecnologias desenvolvidas até hoje, é que o ânodo de silício se decompõe facilmente.

O problema do silício é que, para armazenar tanta energia, ele aumenta de volume conforme a bateria é reiniciada. Enquanto um ânodo de grafite se expande em apenas 10%, no máximo, a expansão do silício chega a 350% — e isso degrada o material. Com 50 a 100 cargas, a bateria fica inutilizada.

A colaboração entre Sila e Mercedes-Benz

A Mercedes-Benz começou a investir na Sila em 2019, como parte de sua filosofia de pesquisa e desenvolvimento, na busca por baterias cada vez mais avançadas.

“Esse acordo de fornecimento representa outro marco importante na ambição da Mercedes-Benz de se tornar o principal fabricante de veículos elétricos do mundo”, afirma a montadora alemã em comunicado à imprensa.

O objetivo das empresas, com o acordo, é solucionar as questões tecnológicas que ainda impedem o uso do ânodo de silício em escala comercial. 

“A Sila trabalha para aprimorar todos os aspectos do desempenho da bateria, produzir materiais de ânodo de silício com controle de qualidade em escala e apoiar a implementação para garantir que os clientes [ou seja, a montadora] atinjam suas metas e requisitos de segurança”, declara a Mercedes-Benz.

Em comparação com as células disponíveis no mercado atualmente, a tecnologia da Sila permite um aumento de até 40% na densidade de energia, atingindo mais de 800 watts-hora por litro (Wh/l) em nível de célula.

Esse grande resultado no desenvolvimento do equipamento permite que se armazene muito mais energia no mesmo espaço, o que tornará possível um aumento significativo da autonomia de futuros veículos.

Os materiais de ânodo de silício serão fabricados usando 100% de energia renovável nas novas instalações da Sila no Estado de Washington, nos EUA, com o compromisso de que a Mercedes-Benz seja o primeiro cliente automotivo da fabricante. 

Universidade da Califórnia conseguiu contornar a limitação do silício

Em setembro do ano passado, pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego, nos EUA, anunciaram o desenvolvimento de um tipo de bateria de estado sólido utilizando ânodos de silício. Após os primeiros testes, a célula se mostrou mais segura, duradoura e com grande capacidade energética durante os ciclos de carregamento.

“Demonstramos que nossa bateria oferece 500 ciclos de carga e descarga com 80% de retenção de capacidade em temperatura ambiente, o que representa um progresso empolgante para as pesquisas de anodo de silício e de baterias de estado sólido”, comemorou, à época, o engenheiro químico Darren H. S. Tan, autor principal do estudo.

Após substituir o eletrólito líquido por um eletrólito sólido, removendo o carbono e os aglutinadores de silício do ânodo, os cientistas conseguiram evitar o encharcamento de todo o sistema durante os ciclos de funcionamento da bateria. Com isso, foi possível criar uma célula de energia de estado sólido completo.

“A abordagem de silício de estado sólido supera muitas limitações em baterias convencionais. Ela apresenta oportunidades empolgantes para atendermos às demandas do mercado por energia volumétrica mais alta, custos reduzidos e baterias mais seguras, especialmente para armazenamento de energia de rede e veículos elétricos”, analisou Tan.

Agora, resta acompanhar, com grande expectativa, os progressos da aliança entre Mercedes-Benz e Sila, que podem impulsionar uma inovação radical no mercado automotivo, ao derrubar o último ponto favorável aos motores a combustão: a autonomia dos veículos. Será, afinal, o adeus dos combustíveis fósseis?

Escrito por

Paulo Silveira Lima

Jornalista com 20 anos de experiência profissional como repórter nas principais redações de jornais do Brasil, como Gazeta Mercantil, Folha SP, Estadão e Jornal do Brasil e em cargos de coordenação, edição e direção. Formado em Jornalismo pela Caśper Líbero.