As baterias em estado sólido são chamadas de o “Santo Graal” no desenvolvimento da tecnologia de baterias. Elas prometem ser basicamente melhores em basicamente tudo (talvez menos o preço) do que as baterias usadas atualmente. Grandes grupos automotivos e fornecedores de baterias anunciaram programas de pesquisa e investimento em baterias de estado sólido. .
Mas antes de entender por que o estado sólido é tão importante, vamos precisar explicar como funciona uma bateria.
Índice
- Como funciona uma bateria
- Como uma bateria em estado sólido é diferente de uma em estado líquido
- Por que a bateria em estado sólido é chamada de “Santo Graal” dos caros elétricos?
- Por que ainda não temos baterias em estado sólido?
- O que as baterias em estado sólido representam para os motoristas?
- Quando teremos baterias em estado sólido?
- Referências
Como funciona uma bateria
Uma bateria é um dispositivo de armazenamento de energia elétrica de forma química. Uma reação química na bateria leva à emissão de íons – isto é, elétrons livres – do polo positivo (chamado cátodo) para o negativo (chamado ânodo). Ambos os polos são chamados eletrodos.
A pilha é o tipo original de bateria, e tem esse nome porque, em sua primeira versão, criada pelo cientista italiano Alessandro Volta (1745-1827), consistia numa pilha de discos metálicos. Volta, aliás, é quem foi homenageado na palavra “Volt”, a unidade de tensão elétrica. Cada um desses discos, montados em sequencia, era uma célula, um componente gerador de energia – baterias podem ter uma ou várias células.
Uma bateria pode ser primária (não recarregável, como a pilha), se a reação química acontece só uma vez. E pode ser secundária (recarregável), se é possível reverter essa reação pela aplicação de corrente elétrica.
Numa bateria, o eletrólito é o elemento que fica entre os dois eletrodos, geralmente com um elemento separador em duas câmaras. O eletrólito é o meio pelo qual os elétrons viajam de um polo até o outro. Numa bateria comum de carro, chamada de bateria chumbo-ácido, o eletrólito é o ácido e os eletrodos são compostos por chumbo e dióxido de chumbo.
Uma bateria de íon-lítio, como a dos carros, consiste num sal de lítio (que é sólido) diluído em algum tipo de solvente. Os eletrodos não são de lítio, mas de grafite (o ânodo) e algum sal metálico (cátodo).
Como uma bateria em estado sólido é diferente de uma em estado líquido
Como vimos, o eletrólito de uma bateria íon-lítio é um líquido: a mistura de um sal de lítio com um solvente. Esse líquido é altamente inflamável.
Uma bateria em estado sólido tem seu eletrólito em estado sólido, e não líquido. Ele pode ser de cerâmica, vidro ou um polímero (isto é, plástico).
O funcionamento básico é o mesmo das baterias convencionais: durante a carga, íons movem-se do cátodo para o ânodo; durante a descarga, o movimento se inverte.
Nela, o lítio (ou silício) é usado nos eletrólitos, diferente da bateria íon-lítio: o ânodo (a parte de onde sai a energia) é uma barra de lítio metálico.
Por que a bateria em estado sólido é chamada de “Santo Graal” dos caros elétricos?
A troca de um líquido inflamável por um sólido inerte elimina alguns dos maiores problemas das baterias de íon-lítio. Elas não tem mais risco de vazamento ou incêndio. Além disso, podem possuir uma densidade energética – isto é, o quanto de energia é armazenada comparada ao peso de bateria – muito maior.
Teoricamente, uma bateria em estado sólido seria capaz de ter uma densidade de até 11 kWh por kg – na prática, é esperado algo mais próximo de 1 kWh por kg, o que já é 4 vezes mais potente que os 250 Wh que as melhores baterias automotivas atuais oferecem. Com isso, é basicamente bye-bye ansiedade de alcance.
Além disso, essas baterias também podem oferecer mais durabilidade, mais flexibilidade de construção, melhor resfriamento, menor desgaste ao longo dos anos… basicamente tudo. Por isso ela é o Santo Graal da eletrificação.
Enumerando as vantagens de uma bateria de estado sólido, uma por uma:
1. Alta densidade energética
Ao permitir ânodos de lítio metálico e estruturas mais compactas, podem armazenar mais energia por volume e peso.
2. Mais segurança
Sem o eletrólito de líquido inflamável, elas tem menor risco de fogo ou explosão.
3. Mais durabilidade
Os componentes sólidos sofrem menos degradação química entre os ciclos de carregamento e descarregamento.
4. Carregamento mais rápido
Elas podem operar a temperaturas maiores que baterias em estado líquido (que perdem eficiência com a temperatura), e com isso podem ser carregadas de forma mais rápida. Isso também facilita sua refrigeração (que pode ser menor).
5. Formatos mais flexíveis
Como as células não consistem em tanques e podem ter uma espessura milimétrica, é possível fazê-las em formatos diferentes de uma grande placa que vai no assoalho do carro, dando mais liberdade para formatos de veículos.
Por que ainda não temos baterias em estado sólido?
Basicamente é uma questão de engenharia industrial. Elas são ainda muito caras e difíceis de produzir. Também devem ser produzidas de maneira que não seja excessivamente poluente.
Toda a cadeia de fornecedores (minerais, produção de eletrólitos sólidos, montagem, reciclagem) precisará se adaptar a lidar com materiais bem diferentes.
A comunidade técnica concorda que as baterias em estado sólido representam um marco na evolução das baterias, mas que a adoção plena dependerá de redução de custos, estabilidade operacional e maturação da produção industrial.
O momento atual é de transição, com muitos testes, protótipos e investimentos, mas também com obstáculos técnicos e industriais que precisam ser vencidos.
O que as baterias em estado sólido representam para os motoristas?
A novidade sintetiza o desafio tecnológico atual: conciliar densidade, segurança, durabilidade e viabilidade econômica. Ainda que não estejam plenamente disponíveis para o consumidor médio, elas marcam o caminho para a próxima geração de cargas elétricas — tanto para veículos como para armazenamento estacionário.
Se amplamente adotadas, as baterias em estado sólido poderiam elevar a autonomia dos veículos elétricos, reduzir peso e volume das baterias, e melhorar os custos operacionais (manutenção, segurança).
Para quem compra um veículo elétrico, isso pode significar: maior autonomia, menor risco de falhas graves de bateria e menor necessidade de substituição prematura. Contudo, no curto prazo, veículos equipados com essa nova tecnologia tendem a ter preço mais elevado, justamente por serem pioneiros.
Quando teremos baterias em estado sólido?
É provável que a tecnologia conviva com as baterias convencionais de íon-lítio, em aplicações híbridas ou de nicho, antes de se tornar padrão dominante.
Alguns cenários sugerem que a comercialização em larga escala para automóveis ocorreria por volta de 2030 ou além.
Referências
- What exactly are solid state batteries and how do they work – Qurator
- Como funcionam as baterias – STA Eletrônica
- Pilhas – Brasil Escola
- Lithium-ion batteries explained – Power and Beyond
- Advancements and Challenges in Solid-State Battery Technology: An In-Depth Review of Solid Electrolytes and Anode Innovations – Junghwang Sung et al
- Solid-state battery: The Holy Grail in battery research – electronica,de
- Battery Energy Density and Its Impact on Vehicle Range – Midtronics
- Solid-state Battery and Their Pros and Cons – SINEXCEL-RE
- A comprehensive review of solid-state batteries – Aniruddha Joshi et al
- Building Better Batteries in the Solid State: A Review – Alain Mauger et al
- Recent advances in all-solid-state batteries for commercialization – Junghawng Sung et al
