Uma pilha nunca funciona melhor do que a primeira vez que a carrega. Está na natureza deles: Elas armazenam energia para nós, mas fazem-no de forma menos eficiente cada vez que as recarregamos.
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Não que não haja coisas que possamos fazer para manter as baterias com a carga melhor, como especialistas como Venkat Srinivasan estão felizes em aconselhar. “Não use o seu laptop como um desktop”, diz ele. “Quando estiver totalmente carregado, puxa a ficha. A bateria já está carregada, e nós ainda insistimos em carregar mais e mais”
Como ele disse, eu não pude deixar de olhar nervosamente para o laptop no qual eu estava transcrevendo furiosamente as palavras dele. Claro que estava ligado à corrente. Claro que tinha sido assim desde pelo menos ontem, e é claro que o que antes era pelo menos algumas horas de vida útil da bateria era agora provavelmente no máximo uma meia hora desligada. Espero que Srinivasan não tenha conseguido distinguir a minha pobre gestão de baterias apenas por falar comigo.
Srinivasan é um dos principais pesquisadores explorando a ciência das baterias no Laboratório Nacional de Argonne, localizado a meia hora a sudoeste de Chicago. Ele conhece todos os truques para evitar que uma bateria de telefone ou laptop perca sua capacidade de segurar uma carga. O segredo principal, diz ele, é nunca carregar seu aparelho até o fim.
“O melhor que você pode fazer é ir até 70% ou 80% carregado, não ir acima disso, e ficar mais ou menos nessa faixa”, diz ele. A razão para este conselho está na estrutura química da bateria de iões de lítio que alimenta a maior parte da electrónica de consumo e, cada vez mais, os veículos eléctricos. Os atos de carregar e descarregar uma bateria podem causar a expansão e contração de seus materiais, colocando toda a bateria sob estresse e encurtando sua vida útil.
Se você deixar a bateria de um telefone funcionar até que ela se esgote e depois carregá-la até 100%, ela pode ter apenas algumas centenas de ciclos antes de parar de funcionar. Alguém absurdamente empenhado em manter as oscilações de uma bateria minúscula – digamos entre 75 e 78 por cento – poderia arrancar até 300.000 ciclos, de acordo com os cálculos de Srinivasan.
Srinivasan admite que esse tipo de gestão precisa da bateria vai certamente ser mais problemática do que vale para a maioria das pessoas, por isso ele recomenda uma abordagem mais simples para manter as baterias com a sua carga.
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Para além das preocupações estruturais, porque é tão prejudicial para uma bateria mantê-la totalmente carregada, ou mesmo apenas para carregá-la até ao topo?
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A resposta está nos ambientes microscópicos imprevisíveis e voláteis dentro destas potências portáteis. Desde a sua primeira carga, as baterias estão a lutar uma batalha perdida com a sua própria química.
As baterias recarregáveis como as de um telefone ou portátil geram corrente eléctrica a partir do movimento entre eléctrodos de partículas carregadas, ou iões, do elemento lítio – é por isso que lhes chamamos baterias de iões de lítio.
Quando uma bateria está a descarregar, as partículas movem-se do eléctrodo negativo para o positivo, também conhecido como ânodo e cátodo, respectivamente. O processo se inverte durante a carga. Nas baterias de íons de lítio, o ânodo é geralmente feito de um composto de carbono eletricamente condutor como grafite, enquanto o cátodo é feito de um composto à base de lítio que pode absorver e liberar os íons de lítio.
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Aqui é onde o problema começa se, digamos, um telefone é deixado ligado toda a noite. Os íons reagem com o cátodo em um processo químico chamado oxidação, que consome parte do lítio da bateria. Quanto mais tempo essas reações ocorrem, mais partículas necessárias para sustentar a corrente da bateria são perdidas. Não leva tanto tempo para descarregar as partículas, o que significa que a bateria se esvazia muito mais rapidamente do que antes. O problema pode piorar se a bateria for carregada muito rapidamente, o que também diminui a sua capacidade.
As baterias enfrentam perigos para além da sobrecarga, pois o ambiente químico degrada-se inexoravelmente, mesmo que você esteja sempre perfeitamente atento a quando desligar o telefone.
“Com os íons de lítio, alguns deles se perdem”, explicou o cientista de materiais Michael Toney, um pesquisador do Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC, perto da Universidade de Stanford. “Eles ficam presos em lugares onde não são mais capazes de voltar entre o ânodo e o cátodo”. Partes do ânodo ou cátodo são desconectadas eletronicamente do coletor atual. Essa é a parte da bateria que recolhe elétrons que vai e vem enquanto você carrega e descarrega a bateria”
Os íons de lítio viajam entre os eletrodos através de produtos químicos líquidos chamados eletrólitos. Esses eletrólitos são essenciais para toda a operação, mas também sofrem reações com o ânodo que encurtam a vida útil da bateria.
“A natureza, infelizmente, quer que essa reação ocorra, então ela vai ocorrer”, disse Srinivasan. Tudo o que os designers de bateria podem fazer é tentar manter essa reação a um mínimo. “Mas não é perfeito. Volta para morder você””
Pouco, por mais finas que as baterias de íons de lítio possam ser, a maioria das pessoas provavelmente não vai notar muito problema, simplesmente porque elas não mantêm o telefone ou laptop por tempo suficiente para que a situação de carregamento se torne realmente terrível. Pode haver uma resignação quase subconsciente de que, sim, é hora de simplesmente desistir e usar seu laptop como um desktop permanentemente ligado, ou uma vaga sensação de que seu telefone não parece ter quase a vida útil da bateria que foi anunciada. Mas a menos que você esteja planejando manter a sua eletrônica muito além de três anos, não será tão grande coisa.
Mas e os carros elétricos, que funcionam com versões muito maiores de baterias similares de íons de lítio? A maioria das pessoas que gastam mais de 70.000 dólares por um carro Tesla vai querer que essa bateria mantenha uma carga durante vários anos, talvez até uma década ou mais. Os veículos eléctricos apresentam problemas únicos na gestão da carga que os electrodomésticos não têm.
“Normalmente, se pisar no acelerador, quer que o carro responda adequadamente”, disse Toney. “Para que possa conduzir a bateria com muita força durante um curto período de tempo. Esse não é normalmente o tipo de descargas que você verá em um laptop ou em um telefone celular”
Além do uso regular, todas as baterias são sensíveis a variações de temperatura, com algumas baterias de telefone ou laptop programadas para desligar-se automaticamente se ficarem muito quentes. Uma bateria Tesla, aproximadamente o equivalente a 8.000 baterias de celular, pode ficar muito mais quente durante o uso. E é possível que a estação de carga esteja num local fresco, criando uma oscilação de temperatura potencialmente perigosa.
Há também a questão de quão rapidamente um veículo eléctrico precisa de carregar. Por enquanto, muitos condutores de automóveis eléctricos contentam-se em carregar o veículo durante a noite, o que significa que a bateria do automóvel pode recuperar uma carga a uma velocidade segura e lenta. Mas qualquer futura infra-estrutura de carros elétricos vai precisar do equivalente a postos de gasolina – locais onde os motoristas podem reabastecer em viagens longas.
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“O ideal é que os veículos eléctricos sejam carregados em menos de 15 minutos, que é no ponto em que se imagina alguém a entrar numa estação de recarga, a ir à casa de banho, a tomar uma bebida, e está carregado pronto para ir”, disse Toney. “Isso consome muita energia, e as baterias ainda não são capazes de lidar com isso. Elas não carregam até a capacidade máxima. Se você tentar recarregar a bateria a essa velocidade, ela falhará rapidamente”
A bateria de iões de lítio é uma invenção notável, ajudando a alimentar revoluções tecnológicas na forma como usamos computadores, telefones e eventualmente carros. Mas a mesma química interna que os torna tão ideais para alimentar nossos dispositivos indispensáveis também significa que seu tempo é inerentemente limitado.
A obtenção de baterias para manter uma carga por mais tempo é uma das muitas questões fundamentais com as quais os cientistas de baterias estão procurando lidar, quer isso signifique melhorar a configuração que já existe ou criar algo novo e melhor.
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Apesar de esperar, considere seguir o conselho de Srinivasan: “Pelo menos não deixe o seu laptop ligado!” Pelo menos para aqueles de nós que ainda não arruinaram completamente a vida da bateria do nosso computador, ou seja.