Energia

Matemática pode revolucionar tecnologia das baterias de lítio

Matemática pode revolucionar tecnologia das baterias de lítio
Já que as baterias não revelam muito de si mesmas, os dois pesquisadores criaram simuladores de baterias que falam por elas. [Imagem: Erik Jepsen/UC San Diego]

Psicologia das baterias

Baterias são figuras extremamente introvertidas.

Isso geralmente não é um problema porque tudo o que você quer saber sobre a bateria do seu celular, notebook ou carro elétrico é se ela está carregada ou não.

É como se relacionar com alguém de quem você só quisesse ouvir "sim" ou "não".

Contudo, como a convivência entre humanos e baterias está ficando cada vez mais comum e duradoura, "sim" e "não" não é mais suficiente para sustentar esse relacionamento.

Ocorre que não é possível extrair muito mais do que isso de uma bateria - mesmo para os especialistas em baterias.

Mas Miroslav Krstic e Scott Moura, da Universidade de San Diego, nos Estados Unidos, que são autênticos psicólogos de baterias, acreditam ser possível fazê-las abrir-se mais.

Onde estão os íons

Tudo o que se pode saber de uma bateria é a sua tensão e a corrente que ela fornece.

Isso, claro, é muito pouco.

E tem feito com que os fabricantes projetem suas baterias quase no escuro, já que eles não conseguem ter informações que permitam variar os componentes ou o próprio processo de fabricação.

Nossos psicólogos de baterias partiram da hipótese de que isto vem levando os fabricantes a projetar baterias superdimensionadas, que pesam demais, custam muito, mas fornecem sempre uma quantidade módica de energia.

Por exemplo, em uma bateria de íons de lítio, na qual os íons ficam armazenados no anodo, e devem fluir para o catodo para fornecer energia, é essencial saber onde estão os íons em cada situação.

Mas, mesmo com os mais sofisticados equipamentos, isso é muito difícil de medir.

Matemática pode revolucionar tecnologia das baterias de lítio
Os pesquisadores modelaram a bateria no nível atômico, analisando tudo o que acontece em seu interior, em termos eletroquímicos. [Imagem: Scott Moura/UC San Diego]

Simulador de baterias

Sem poder contar com medições experimentais, Krstic e Moura foram buscar uma solução nos modelos matemáticos, criando simuladores computadorizados que possam falar pelas baterias.

Eles desenvolveram sofisticados algoritmos que estimam a eficiência com que uma bateria de íons de lítio está funcionado partindo apenas da tensão e da corrente.

Para isso, eles modelaram a bateria no nível atômico, analisando tudo o que acontece em seu interior, em termos eletroquímicos, de acordo com as condições de funcionamento.

As informações obtidas desse simulador de baterias foram impressionantes.

Os dois pesquisadores afirmam que seus resultados indicam que uma bateria de íons de lítio pode ser recarregada duas vezes mais rápido do que é feito atualmente, e ainda custar 25% a menos.

Tirando o máximo da bateria

O resultado chamou a atenção dos fabricantes Bosch e Cobasys, interessados em baterias para uso em veículos elétricos.

Testando seus algoritmos em baterias de carros elétricos reais, e comparando seu desempenho com as baterias atuais, os pesquisadores planejam agora traçar estratégias precisas para o carregamento e o uso das baterias, de forma a alcançar seu rendimento máximo, sem perder de vista a segurança.

"Nós monitoramos esses estados cruciais diretamente," disse Moura. "Isso nos permite operar a bateria até o seu limite, sem danificá-la."

"Esta pesquisa indica que, com algoritmos avançados de previsão, que são baseados em modelos matemáticos, as baterias podem recarregar mais rápido e podem alimentar motores elétricos mais potentes," disse Krstic.





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