Um novo tipo de bateria que usa areia como um componente chave pode revolucionar a indústria de armazenamento de energia.
Prof. Aécio D’Silva, Ph.D
AquaUniversity
O Que É Uma Bateria De Areia E Como Funciona?
Bateria de Areia é um tipo de bateria recarregável que usa areia como um componente importante de seus eletrodos. A areia é composta por dióxido de silício (SiO2), que é um dos materiais mais abundantes na Terra e tem excelentes propriedades elétricas.
O princípio básico de desta bateria semelhante ao de uma bateria de íons de lítio, que é o tipo mais comum de bateria usado em smartphones, laptops, veículos elétricos e outros dispositivos. Ambas as baterias têm dois eletrodos (ânodo e cátodo) separados por um eletrólito, que permite o fluxo de íons entre eles. Quando a bateria é carregada, os elétrons são transferidos do cátodo para o ânodo através de um circuito externo, e quando a bateria é descarregada, o processo inverso ocorre.
A diferença entre uma bateria de areia e uma bateria de íons de lítio está nos materiais usados para os eletrodos. Em uma bateria de íons de lítio, o ânodo é geralmente feito de grafite ou outros materiais à base de carbono, enquanto o cátodo é feito de óxidos metálicos como óxido de lítio cobalto (LiCoO2) ou fosfato de ferro lítio (LiFePO4). Esses materiais são caros, escassos e prejudiciais ao meio ambiente para minerar e processar.
Em uma bateria de areia, o ânodo é feito de nanopartículas de silício derivadas da areia, enquanto o cátodo é feito de sulfetos metálicos como sulfeto de ferro (FeS2) ou sulfeto de cobre (CuS). Esses materiais são baratos, abundantes e ecologicamente corretos para obter e usar.
Quais São As Vantagens De Uma Bateria De Areia?
Uma bateria de areia tem várias vantagens sobre uma bateria de íons de lítio, como:
- Maior densidade energética: Uma bateria de areia pode armazenar mais energia por unidade de massa ou volume do que uma bateria de íons de lítio. Isso significa que a de areia pode fornecer tempos de funcionamento mais longos para dispositivos ou veículos sem aumentar seu tamanho ou peso.
- Maior vida útil: Uma bateria de areia pode suportar mais ciclos de carga-descarga do que uma bateria de íons de lítio sem perder sua capacidade ou desempenho. Isso significa que esta bateria pode durar mais e exigir menos substituições frequentes.
- Menor custo: Uma bateria de areia pode ser produzida a um custo menor do que uma bateria de íons de lítio devido à disponibilidade e acessibilidade dos seus materiais. Isso significa que uma ela pode tornar o armazenamento de energia mais acessível e econômico para consumidores e empresas.
- Maior segurança: Uma bateria de areia tem menores riscos de superaquecimento, explosão ou incêndio do que uma bateria de íons de lítio devido à sua estabilidade térmica e inércia química inerentes. Isso significa que uma bateria de areia pode oferecer mais proteção para os usuários e o meio ambiente.
Quais São Os Desafios Desta Bateria ?
Uma bateria de areia também enfrenta alguns desafios que precisam ser superados antes que possa ser amplamente adotada, como:
- Problemas técnicos: Esta bateria ainda sofre com alguns problemas técnicos que afetam seu desempenho e eficiência, como baixa condutividade, alta resistência, grande expansão volumétrica e baixa estabilidade ciclística. Esses problemas são causados pelas propriedades físicas e químicas dos materiais dos eletrodos e requerem mais pesquisa e desenvolvimento para resolver.
- Dificuldades na fabricação: Ela requer processos de fabricação mais complexos e precisos do que uma bateria de íons de lítio devido à natureza nanométrica dos seus materiais dos eletrodos. Esses processos envolvem altas temperaturas, pressões, vácuos e solventes que aumentam o custo e a dificuldade da produção.
- Barreiras regulatórias: Ela precisa cumprir várias regulamentações e padrões que regem a segurança, qualidade e desempenho das baterias em diferentes mercados e aplicações. Essas regulamentações e padrões podem variar de país para país e podem não ser totalmente compatíveis com as características de uma bateria de areia.
Quais São As Aplicações Desta Bateria ?
Esta bateria tem potenciais aplicações em vários campos e setores que requerem soluções de armazenamento de energia de alto desempenho, baixo custo e ecologicamente corretas, como:
- Eletrônicos de consumo: Esta bateria pode alimentar vários dispositivos eletrônicos como smartphones, laptops, tablets, câmeras, drones, wearables, etc. com tempos de funcionamento mais longos e vida útil.
- Veículos elétricos: Esta bateria pode possibilitar veículos elétricos como carros, ônibus, caminhões, bicicletas, patinetes etc. percorrer distâncias maiores com menores custos e emissões.
- Energia renovável: Esta bateria pode armazenar energia excedente gerada por fontes renováveis como painéis solares ou turbinas eólicas durante as horas pico e liberá-la durante as horas fora pico ou quando necessário.
- Estabilização da rede: Esta bateria pode fornecer energia reserva ou regulação da frequência para a rede elétrica durante quedas ou flutuações causadas por desastres naturais ou erros humanos.
- Áreas remotas: Uma Este tipo de bateri pode fornecer eletricidade confiável e acessível para áreas remotas que não têm acesso à rede ou têm conexões instáveis.
Concluindo, esta bateria de é um novo tipo de bateria recarregável que usa areia como um componente chave dos seus eletrodos. Ela oferece maior densidade energética, maior vida útil, menor custo e maior segurança do que as baterias convencionais de íons de lítio. Ela também enfrenta alguns problemas técnicos, dificuldades na fabricação e barreiras regulatórias que precisam ser resolvidos antes que possa ser amplamente adotada. Ela tem potenciais aplicações em vários campos e setores que requerem soluções de armazenamento de energia de alto desempenho, baixo custo e ecologicamente corretas.
Referências:
[1] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775318301150
[2] https://www.sciencedaily.com/releases/2014/07/140708111953.htm
[3] https://www.researchgate.net/publication/341194773_Sand_Battery_A_New_Type_of_Rechargeable_Battery
[4] https://www.forbes.com/sites/jamesconca/2014/07/11/sand-in-the-tank-a-new-type-of-lithium-battery/?sh=6a9f0c6b5a9b
[5] https://www.popularmechanics.com/science/energy/a10757/sand-batteries-could-outperform-lithium-ion-16966082/
