BATERIAS NOVAS TÉCNOLOGIAS PARA VEICULOS ELETRICOS E OUTROS EQUIPAMENTOS

Baterias
Baterias de imprimir são finas como papel e pesam menos de um grama
A nova bateria é fina como um papel, com uma espessura menor do que 1 milímetro e pesa menos de 1 grama. E pode ser fabricada em larga escala por um processo de impressão. 06/07/2009 Leia mais...
Bateria de lítio-enxofre dura três vezes mais que baterias atuais
Cientistas viabilizaram uma bateria recarregável de lítio-enxofre, uma combinação de elementos teoricamente promissora mas que vinha desafiando os químicos há pelo menos 20 anos. 16/06/2009 Leia mais...
Bateria a ar pode durar 10 vezes mais que baterias de lítio
A nova "bateria a ar" eleva em até 10 vezes a capacidade de armazenamento de energia em comparação com as baterias atuais e poderá ser mais barata, já que substitui o óxido de lítio por uma estrutura de carbono. 19/05/2009 Leia mais...
Baterias feitas com vírus estão a um passo de chegar ao mercado
A bateria recarregável feita com vírus geneticamente modificados e nanotubos de carbono poderá chegar ao mercado na próxima geração de desenvolvimento. 06/04/2009 Leia mais...
Surge uma alternativa às baterias: Nanocapacitores eletrostáticos
A nova tecnologia para armazenar energia elétrica chega a ser 10 vezes mais eficiente dos que as melhores alternativas disponíveis hoje. 31/03/2009 Leia mais...
Baterias de lítio poderão ser recarregadas em segundos
Cientistas construíram uma espécie de via rápida para elétrons no material tradicionalmente utilizado na fabricação de baterias de lítio, permitindo que elas recarreguem em segundos. 12/03/2009 Leia mais...
Bateria quântica: físicos exploram uma nova fonte de energia
A bateria quântica tem o diâmetro de um fio de cabelo humano e a energia armazenada no spin dos elétrons poderá, potencialmente, alimentar um automóvel por muitos quilômetros. 12/03/2009 Leia mais...
Capacitores flexíveis e adaptáveis podem ser alternativa a baterias
Dois novos materiais poderão fazer com que os capacitores superem as baterias não apenas quando o assunto é potência e capacidade de carga, mas também na leveza e na versatilidade. 08/09/2008 Leia mais...
Microbaterias feitas com vírus vão alimentar aparelhos biomecânicos
Cientistas do MIT estão utilizando vírus para fabricar microbaterias que poderão ser utilizadas para integrar dispositivos biomecânicos, implantes médicos e sensores para monitoramento da saúde em tempo real. 25/08/2008 Leia mais...
Nanobateria só gera energia quando necessário
Depois de vários anos de promessas e muito marketing, a empresa mPhase finalmente apresentou sua nanobateria, que promete revolucionar a forma de armazenamento de energia. 04/04/2008 Leia mais...
UltraBateria dá novo impulso a veículos híbrido-elétricos
A combinação de um supercapacitor com uma bateria chumbo-ácida comum, como as atualmente utilizadas pelos automóveis, criou uma UltraBateria, que tem 50% mais potência e custa 70% menos do que as baterias utilizadas em veículos elétricos. 25/01/2008 Leia mais...
Íons de lítio livres em mineral sintético aumentam capacidade de baterias
Nos condutores iônicos, como os que formam as baterias de lítio, as cargas elétricas não são transportadas na forma de elétrons, como acontece nos metais, mas na forma de partículas carregadas eletricamente - tipicamente, íons de lítio. 09/01/2008 Leia mais...
Nanofios de silício aumentam capacidade de baterias de lítio em 10 vezes
A utilização de nanofios de silício na fabricação de baterias de íons de lítio tem o efeito de uma tecnologia disruptiva, aumentando a capacidade dessas baterias por um fator de 10. A técnica já está sendo negociada com a indústria. 27/12/2007 Leia mais...
Bio-bateria gera energia a partir de açúcar
Uma bateria capaz de gerar energia a partir do açúcar não é uma mera curiosidade científica. Os açúcares são fontes de energia naturais, produzidos pelas plantas por meio da fotossíntese. Isso significa que, mais do que renováveis, eles ... 24/08/2007 Leia mais...
Nanobateria de papel é fina, flexível e pode ser impressa
A nanobateria se parece com papel, visualmente e pelo tato, é fina e leve como papel e é construída por uma técnica semelhante á impressão. Além disso ela incorpora em um mesmo dispositivo a bateria e o capacitor, hoje peças separadas. 15/08/2007 Leia mais...

Bio-bateria gera energia a partir de açúcar
Redação do Site Inovação Tecnológica - 24/08/2007


A Sony apresentou hoje o protótipo de uma bateria que gera eletricidade a partir do açúcar. Utilizando enzimas como catalisador, este é mais um desenvolvimento no nascente campo das bio-baterias, que já incluem biogeradores capazes de produzir energia a partir do corpo humano e até a partir do xixi.
Bio-baterias
Uma bateria capaz de gerar energia a partir do açúcar não é uma mera curiosidade científica. Os açúcares são fontes de energia naturais, produzidos pelas plantas por meio da fotossíntese. Isso significa que, mais do que renováveis, eles são naturalmente regenerativos e disponíveis na maior parte da superfície do planeta.
Como as demais bio-baterias, esta que agora foi apresentada pela Sony também encontra-se em um estágio preliminar de desenvolvimento. Mas a capacidade de gerar até 50 mW por célula a partir de uma bateria passiva é realmente um feito digno de nota. Um conjunto de quatro células é capaz de alimentar um tocador de MP3.
Uma bateria passiva é um sistema de geração de eletricidade no qual o eletrólito, a substância responsável pela reação que gera a energia, é absorvido nos eletrodos por meio de um processo de difusão natural.
Gerar eletricidade com açúcar
A bio-bateria capaz de gerar eletricidade a partir do açúcar possui um anodo composto por enzimas capazes de digerir o açúcar e por um mediador, um material capaz de transportar os elétrons. O catodo é formado por enzimas redutoras de oxigênio e pelo mesmo material mediador. O catodo e o anodo são separados por uma folha de papel celofane.
Um elemento chave para o sucesso da fabricação da bio-bateria foi um mecanismo capaz de fixar as enzimas e os mediadores no eletrodos. A tecnologia desenvolvida utiliza dois polímeros, cada um com cargas opostas. A interação eletrostática dos dois polímeros segura as enzimas sem afetar sua atividade.
Reação eletroquímica
O funcionamento da bio-bateria baseia-se em uma reação eletroquímica que utiliza a glucose (açúcar) como combustível. O anodo retira elétrons e íons de hidrogênio do açúcar por meio de uma oxidação enzimática:
Glucose -> Gluconolactone + 2 H+ + 2 e-
Os íons de hidrogênio migram para o catodo passando através do separador de celofane. Quando chegam ao catodo, os íons de hidrogênio e os elétrons absorvem oxigênio do ar e produzem água:
(1/2) O2 + 2 H+ + 2 e- -> H2O

A bio-bateria é alimentada por uma solução contendo 0,4 M de glucose em 1 M de fosfato de sódio. A tensão máxima gerada atinge 0,8 V, com uma corrente de 1,5 mW/cm2 alcançada 1 minuto depois da injeção da solução de glucose.
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Nanofios de silício aumentam capacidade de baterias de lítio em 10 vezes
Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/12/2007


Imagem feita por microscópio eletrônico mostra os nanofios antes e depois de absorverem o lítio.[Imagem: Cortesia Nature Nanotechnology]
As baterias recarregáveis de lítio vêm apresentando melhoramentos contínuos, embora alguns descuidos na sua produção tenham levado recentemente a uma série de acidentes.
Reinvenção das baterias de lítio
Agora, pesquisadores da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, descobriram que a utilização de nanofios de silício na fabricação de baterias de íons de lítio poderá ter o efeito de uma tecnologia disruptiva, aumentando a capacidade dessas baterias por um fator de 10.
"Não é uma pequena melhoria. É um desenvolvimento revolucionário," afirma o pesquisador Yi Cui, um dos desenvolvedores da nova técnica e que já fala em reinvenção das baterias de íons de lítio.
Notebooks e veículos elétricos
Pelos cálculos do pesquisador, uma bateria com os seus nanofios poderá alimentar os mais modernos notebooks por até 20 horas ininterruptas.
Um avanço dessa magnitude poderá mudar também a forma como os fabricantes de veículos híbridos e elétricos olham para as baterias de lítio. Multiplicar a autonomia dos veículos elétricos por um fator de 10 simplesmente trocando suas baterias sem dúvida nenhuma é um atrativo e tanto.
Anodo de silício
A capacidade de armazenamento de carga das baterias de íons de lítio é limitada pela quantidade de lítio que pode ser retido no anodo da bateria. Esses anodos normalmente são feitos de carbono.
O silício é mais eficiente, mas se degrada rapidamente porque ele se expande quando recebe íons positivos - durante o recarregamento da bateria - e se encolhe quando os íons saem - durante o uso da bateria. O anodo de silício praticamente se pulveriza em pouco tempo, inutilizando a bateria.
Nanofios de silício
A equipe do Dr. Cui resolveu esse problema utilizando nanofios de silício. Durante o recarregamento da bateria, quando recebem os íons positivos de lítio, os nanofios de silício chegam a aumentar quatro vezes de tamanho. Mas, ao contrário das estruturas macroscópicas, elas não fraturam quando o lítio sai.
A invenção já foi patenteada e os cientistas esperam poder colocá-la no mercado em pouco tempo, já que a tecnologia de manipulação do silício é largamente conhecida, não representando nenhum obstáculo para a fabricação das novas baterias de nanofios em escala industrial.
Bibliografia:

High-performance lithium battery anodes using silicon nanowires
Candace K. Chan, Hailin Peng, Gao Liu, Kevin McIlwrath, Xiao Feng Zhang, Robert A. Huggins, Yi Cui
Nature Nanotechnology
16 December 2007
DOI: 10.1038/nnano.2007.411
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Íons de lítio livres em mineral sintético aumentam capacidade de baterias
Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/01/2008


Cientistas alemães conseguiram sintetizar um mineral que permite uma mobilidade imbatível dos íons de lítio, sem perder sua estrutura original. Quanto maior a mobilidade dos íons de lítio no interior do condutor iônico, maior poderá ser a capacidade de armazenamento das baterias
Condutores iônicos
As baterias de lítio dominaram o mundo dos equipamentos elétricos e eletrônicos portáteis graças à sua grande capacidade de carga e à não apresentação do efeito memória, que degrada rapidamente a energia armazenada em outros tipos de baterias.
Nos condutores iônicos, como aqueles existentes nas baterias de lítio, as cargas elétricas não são transportadas na forma de elétrons, como acontece nos metais. A energia é transportada na forma de partículas carregadas eletricamente - tipicamente, íons de lítio.
Argirodita
Os pesquisadores partiram de um mineral chamado argirodita que, em sua forma natural, consiste em uma combinação de prata, germânio e enxofre. Os componentes individuais da argirodita podem ser substituídos por vários outros átomos sem que a estrutura típica do mineral se altere.
Para criar a nova classe de compostos iônicos condutores, a equipe do Dr. Hans- Jörg Deiseroth, da Universidade de Siegen, substituiu a prata por lítio, o germânio por fósforo e alguns dos átomos de enxofre por halóides (cloretos, brometos e iodetos).
Íons de lítio livres
Como no mineral natural a prata tem grande mobilidade, essa característica foi herdada pelo lítio, resultando no composto da classe das argiroditas com maior condutibilidade elétrica que se conhece até hoje.
O novo condutor iônico tem a fórmula Li6PS5X, onde X pode ser Cl-, Br- ou I-. O fósforo, o enxofre e os halóides formam uma densa rede tetraédrica na qual as lacunas são quase totalmente preenchidas com íons de lítio. Isso permite que os íons de lítio movimentem-se saltando de lacuna em lacuna.
Bibliografia:

Li6PS5X: A Class of Crystalline Li-Rich Solids With an Unusually High Li+ Mobility
Hans-Jörg Deiseroth, Shiao-Tong Kong, Hellmut Eckert, Julia Vannahme, Christof Reiner, Torsten Zai, Marc Schlosser
Angewandte Chemie International Edition
27 Dec 2007
Vol.: 47, No. 4, 755-758
DOI: 10.1002/anie.200703900
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UltraBateria dá novo impulso a veículos híbrido-elétricos
Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/01/2008


Engenheiros do instituto australiano CSIRO combinaram um supercapacitor com uma bateria chumbo-ácida comum, como as atualmente utilizadas pelos automóveis, para construir o que eles batizaram de UltraBateria.
Super bateria
Essa super bateria é mais barata e dura mais do que as baterias atualmente utilizadas nos veículos híbridos e elétricos.
"Os testes mostraram que a UltraBateria tem um ciclo de vida que é ao menos quatro vezes maior e produz 50 por cento mais potência do que os sistemas de baterias convencionais. Ela é também 70 por cento mais barata do que as baterias atualmente utilizadas nos veículos híbrido-elétricos," afirma o pesquisador David Lamb.
Efeito regenerativo
A UltraBateria também tem a capacidade de fornecer carga rapidamente durante as acelerações, assim como de se recarregar aproveitando a energia gerada a partir das frenagens - o chamado efeito regenerativo, - o que a mantém no mesmo nível das baterias recarregáveis à base de lítio.
Suas características e seu baixo custo tornam a nova bateria também adequada para o armazenamento de energia elétrica gerada por fazendas de vento ou usinas de captura de energia solar.
Veículo híbrido-elétrico
Os pesquisadores afirmaram que já testaram sua nova bateria em um veículo híbrido-elétrico que rodou 160.000 quilômetros, a fim de confirmar as projeções feitas em laboratório.
Segundo eles, uma nova etapa da pesquisa deverá conseguir reduzir ainda mais seu peso e, eventualmente, aumentar a capacidade de armazenamento da super bateria

Nanobateria só gera energia quando necessário
Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/04/2008


[Imagem: mPhase]
Depois de vários anos de promessas e muito marketing, a empresa mPhase finalmente apresentou sua nanobateria, que promete revolucionar a forma de armazenamento de energia. Mais importante, a empresa deu alguns detalhes sobre o seu funcionamento.
Controle eletrônico de líquidos
A nanobateria explora o fenômeno conhecido como electrowetting, ou eletroumectação - a capacidade de controlar eletronicamente como os líquidos interagem com superfícies sólidas e porosas.
Normalmente a água ou outro líquido orgânico irá formar uma gota quando for depositada sobre uma superfície porosa hidrofóbica. Por meio da eletroumectação, é possível fazê-lo "desmanchar-se" sobre a superfície, ocupando seus minúsculos poros, tudo com o simples envio de um comando eletrônico.
Outros pesquisadores estão explorando o mesmo fenômeno para a criação de transistores de estado líquido e papéis eletrônicos capazes de mostrar filmes.
Energia sob demanda
Utilizando o fenômeno da eletroumectação, torna-se possível controlar quando o eletrólito começará a reagir - isso significa baterias que poderão ficar estocadas por anos, sem se descarregar. Quando elas forem necessárias, um comando elétrico faz com que o eletrólito passe pela membrana porosa de silício e só então comece a gerar energia.
Por ser minúscula e poder ser fabricada em quantas células forem necessárias, a nanobateria pode ser integrada diretamente aos chips e pode gerar a energia na quantidade que for necessária no momento, bastando que apenas algumas células sejam ativadas. Ela também pode ser fabricada em qualquer formato e é recarregável.
Nanobateria de lítio
O modelo da nanobateria que deverá chegar agora ao mercado é baseado na química tradicional das baterias alcalinas, que funciona à base de zinco e manganês.
Segundo a mPhase, a utilização dos compostos de lítio está em desenvolvimento, sendo totalmente compatíveis com sua arquitetura

Microbaterias feitas com vírus vão alimentar aparelhos biomecânicos
Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/08/2008


Conjunto de eletrodos das microbaterias, cada um medindo cerca de quatro micrômetros de diâmetro.[Imagem: Belcher Laboratory, MIT]
Cientistas do MIT estão utilizando vírus para fabricar um novo tipo de microbaterias que poderão ser utilizadas para integrar dispositivos biomecânicos, implantes médicos, sensores para monitoramento da saúde em tempo real e até microlaboratórios, os labs-on-a-chip.
Microbaterias biológicas
Cada microbateria terá a metade do tamanho de uma célula humana e será construída por meio de uma técnica relativamente simples, que mistura a impressão com a automontagem de vírus geneticamente modificados.
Os cientistas já conseguiram fabricar dois dos três componentes-chave da biobateria - o anodo e o eletrólito. "Os conjuntos de eletrodos resultantes apresentam total funcionalidade eletroquímica," afirmam eles em seu artigo. Agora eles vão se dedicar a produzir o catodo, para que possam construir o primeiro protótipo totalmente funcional.
Automontagem de vírus
A construção da biobateria começa com um material flexível, uma espécie de borracha, sobre a qual são construídos pilares microscópicos por meio de uma técnica conhecida como litografia leve.
No topo desses pilares, cada um medindo entre quatro e oito milionésimos de metro de diâmetro, são depositadas várias camadas de dois polímeros que, em conjunto, agem como um eletrólito sólido.
A seguir vêm os vírus, que se auto-organizam sobre as camadas de polímero, formando o anodo. Os vírus são modificados geneticamente para produzir proteínas que capturam moléculas de cobalto, formando fios ultrafinos. O anodo é justamente o conjunto desses fios.
A mesma técnica de automontagem dos vírus será utilizada para criar o catodo. "Nós estamos também interessados em integrar [as microbaterias] com organismos biológicos," diz a Dra. Angela Belcher.
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Capacitores flexíveis e adaptáveis podem ser alternativa a baterias
Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/09/2008


Ao contrário das baterias, os capacitores são capazes de liberar grandes quantidades de energia instantaneamente. Isso os torna promissores em várias aplicações, inclusive para o uso em veículos elétricos e para o armazenamento da energia gerada pelos ventos ou por células solares, liberando-a em momentos de picos de consumo sem depender dos elementos naturais.
Para isso, contudo, eles devem superar a sua grande deficiência, a baixa densidade de energia - liberar grandes potências é uma vantagem, mas há que se acumular mais energia para que ela possa ser liberada durante um tempo maior. E os progressos nessa área têm sido promissores (veja Super-capacitor se aproxima de baterias de íons de lítio).
Capacitores de plástico ferroelétrico
Agora, pesquisadores da Universidade da Pensilvânia, nos Estados Unidos, relataram dois progressos que poderão, em poucos anos, fazer com que os capacitores superem as baterias não apenas quando o assunto é potência e capacidade de carga, mas também na leveza e na versatilidade.
A equipe do Dr. Qing Wang criou os primeiros capacitores feitos de polímeros ferroelétricos. Sendo feitos de material plástico, eles são extremamente leves, podem ser fabricados em qualquer formato e os primeiros protótipos, ainda em escala de laboratório, se mostraram competitivos com as baterias.
Substitutos das baterias
O feito está para a área de energia assim como a eletrônica orgânica está para a atual indústria de semicondutores. A leveza e a maleabilidade dos componentes plásticos farão com que os capacitores passem a concorrer em outras áreas, com na substituição das baterias em equipamentos portáteis, como celulares e computadores.
"Os materiais tradicionais [usados nos capacitores] são materiais cerâmicos que têm peso elevado e são muito frágeis. A eletrônica portátil exige sistemas de armazenamento de energia elétrica que sejam leves," diz o Dr. Wang.
Permissividade dielétrica e densidade de carga
Ele e seu grupo desenvolveram dois tipos de materiais para a criação dessa nova geração de capacitores plásticos flexíveis: um polímero com densidade de carga ajustável e um nanocompósito de polímero e cerâmica para uso como material de armazenamento de energia.
O polímero apresenta uma permissividade dielétrica extremamente alta - permissividade é uma medida que indica quanta carga elétrica é armazenada em um material para um dado campo elétrico, sendo um indicador da eficácia que o material tem quando armazena energia em um capacitor. Alterando os componentes que formam o polímero é possível ajustar suas propriedades dielétricas e de densidade de carga.
Ao adicionar nanopartículas de cerâmica ao polímero original, os pesquisadores conseguiram elevar substancialmente a sua densidade de carga porque a cerâmica normalmente tem permissividade dielétrica mais elevada do que os polímeros. Para isso eles tiveram que adicionar grupos funcionalizados para combinar o polímero e a cerâmica, já que suas propriedades elétricas são bastante diferentes.
"Combinar a permissividade e a dispersão uniforme das nanopartículas de cerâmica não é fácil," diz Wang. "Os dois problemas têm que ser atacados e resolvidos ao mesmo tempo para que o material tenha as características desejadas."
Aplicações dos capacitores plásticos
Nos veículos híbridos, capacitores com alta densidade de carga poderão compor sistemas de recuperação de energia mais eficientes. Nesses veículos, a energia cinética é coletada durante a frenagem e transformada em eletricidade, que é acumulada nas baterias. Caso sejam acumuladas em capacitores plásticos, muito mais leves, a energia poderá ser liberada mais rapidamente quando necessário. Mesmo numa primeira etapa, enquanto os capacitores não substituem inteiramente as baterias, isso poderá significar a necessidade de baterias menores para os veículos híbridos.
Os novos polímeros dielétricos não terão utilidade apenas em capacitores, podendo também substituir a camada dielétrica de dióxido de silício que é atualmente utilizada nos chips. A rigor, no campo da eletrônica, eles são mais um elemento que se soma à promissora família da eletrônica orgânica.
Bibliografia:


Bateria quântica: físicos exploram uma nova fonte de energia
Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/03/2009


Acima está uma representação gráfica da estrutura da bateria quântica. O diâmetro é comparável ao de um fio de cabelo humano. Abaixo está uma ampliação da parte central da bateria. Os círculos brancos são os nanomagnetos, a parte funcional da bateria.[Imagem: Pham Nam Hai]
Bateria spintrônica
Pesquisadores conseguiram comprovar o funcionamento de uma "bateria spintrônica", ou bateria quântica, um tipo totalmente novo de bateria que armazena e libera energia explorando a propriedade quântica do spin dos elétrons.
Em vez de armazenar e disponibilizar energia por meio de reações químicas, a bateria spintrônica armazena energia em minúsculos ímãs. Da mesma forma que se dá corda em um carrinho de brinquedo, pode-se "dar corda" na bateria de spin - ou seja, recarregá-la - mediante a aplicação de um campo magnético externo, sem nenhuma reação química envolvida.
Superior a tudo que se conhece
O novo tipo de bateria, radicalmente diferente de todas as tecnologias de armazenamento de energia disponíveis hoje, foi criada por físicos das universidades de Tóquio e Tohoku, no Japão, da Universidade de Miami, nos Estados Unidos, coordenados pelo professor Stewart E. Barnes.
Além de inovador, o novo tipo de bateria, segundo o professor Barnes, é potencialmente melhor do que qualquer coisa conhecida até hoje.
"Nós tínhamos antecipado o efeito, porém o dispositivo produziu uma tensão mais de 100 vezes maior e por dezenas de minutos, em vez dos milissegundos que esperávamos", disse Barnes. "O fato de isso ser contraintuitivo é o que levou à nossa explicação teórica do que estava acontecendo".
Nanomagnetos
O segredo por trás da bateria quântica é o uso de nanomagnetos para induzir uma força eletromotriz. Ela usa os mesmos princípios presentes em uma bateria convencional, mas funciona de maneira mais direta.
A energia armazenada em uma bateria atual, seja em um iPod ou em um carro elétrico, encontra-se armazenada na forma de energia química. Quando algo é ligado à bateria, ocorre uma reação química que produz a energia elétrica necessária ao funcionamento do circuito que acaba de ser ligado.
A nova tecnologia converte a energia magnética diretamente em energia elétrica, sem uma reação química. A corrente elétrica gerada neste processo é chamada de corrente de spin polarizado e terá uso em uma nova área emergente de pesquisas chamada spintrônica.
Discos rígidos sem partes móveis
Contudo, a utilização mais imediata da descoberta é na criação de discos rígidos sem partes móveis para computadores, que seriam muito mais rápidos, mais baratos e com menor consumo de energia do que os atuais. No futuro, mediante novos desenvolvimentos, a nova bateria poderá ganhar escala e robustez suficiente para alimentar automóveis elétricos, que poderão ser viabilizados definitivamente.
Junção de túnel magnético
A nova descoberta da bateria quântica, ou spintrônica, aperfeiçoa o entendimento que os cientistas têm sobre como os magnetos funcionam. Agora eles sabem, por exemplo, que a nova bateria armazena carga mediante a aplicação de um grande campo magnético a nanomagnetos presentes no interior do material, em um componente chamado de junção de túnel magnético (MTJ - Magnetic Tunnel Junction).
"Existem ímãs escondidos em muitas coisas. Por exemplo, existem muitos deles em um telefone celular, muitos em um automóvel e são eles que mantêm sua geladeira fechada", explica o professor Barnes. "Existem tantos deles que mesmo uma pequena mudança no nosso entendimento de como eles funcionam, que possa levar somente a um pequeno melhoramento nas máquinas do futuro, terá um impacto significativo tanto em termos energéticos quanto financeiros."
Aplicações
Segundo os pesquisadores, a aplicação mais imediata da descoberta será o emprego das MTJs como componentes eletrônicos que funcionam de forma muito diferente dos transistores tradicionais. Ainda que a aplicação no armazenamento digital de dados seja natural, é impossível prever todas as utilizações práticas desses componentes magnetoelétricos.
Embora o dispositivo real tenha o diâmetro de um fio de cabelo humano e não consiga alimentar sequer um LED, a energia que pode ser armazenada desta forma pode, potencialmente, alimentar um automóvel por muitos quilômetros. Segundo Barnes, as possibilidades são ilimitadas.
Bibliografia:
Surge uma alternativa às baterias: Nanocapacitores eletrostáticos
Redação do Site Inovação Tecnológica - 31/03/2009


Nanocapacitores eletrostáticos formados sobre um filme de óxido de alumínio nanoporoso por meio da deposição sequencial de camadas metal-isolante-metal.[Imagem: (A. James Clark School of Engineering, U-Md]
Pesquisadores da Universidade de Maryland, nos Estados Unidos, desenvolveram uma nova tecnologia para armazenar energia elétrica que, em alguns casos, chega a ser 10 vezes mais eficiente dos que as melhores alternativas disponíveis hoje.
O professor Sang Bok Lee e sua equipe criou milhões de nanoestruturas idênticas com formatos ajustados para a melhor eficiência na transferência de elétrons das grandes áreas superficiais onde eles são armazenados.
Combinações únicas de materiais
Os materiais sempre se comportam segundo as leis básicas da natureza. O que os pesquisadores fizeram foi explorar combinações pouco usuais desses comportamentos para construir as suas nanoestruturas.
"Esses dispositivos exploram combinações únicas de materiais, processos e estruturas para otimizar combinações de potência e densidade de energia que, tomadas em conjunto, representam uma promessa real para a construção da próxima de geração da tecnologia de armazenamento de eletricidade e de todo um novo setor da indústria de tecnologia," diz o professor Gary Rubloff, outro participante da pesquisa.
Tecnologias de armazenamento de energia
Os dispositivos de armazenamento de eletricidade atualmente disponíveis podem ser ordenados em três categorias. O primeiro grupo é o das baterias, onde se destacam as baterias de íons de lítio, com grande capacidade de armazenamento, mas com pequena capacidade para receber energia (recarregar) e liberar energia (liberar correntes elevadas).
A segunda categoria é a dos capacitores eletroquímicos (EECs), mais conhecidos como supercapacitores, que também funcionam com base nos princípios eletroquímicos, com altas capacidades de potência, recarregando rapidamente e liberando muita energia, ao custo de uma capacidade reduzida de armazenamento.
Na última categoria estão os capacitores eletrostáticos (ESCs), que operam por meios unicamente físicos, armazenando cargas na superfície de dois condutores. Isto os torna capazes de liberar altas potência e recarregar rapidamente, mas ao custo de uma baixa densidade energética.
Nanocapacitores eletrostáticos
Os novos dispositivos agora desenvolvidos enquadram-se nesta última categoria. Como foram construídos com as mais modernas ferramentas da nanotecnologia, eles estão sendo chamados de nanocapacitores eletrostáticos.
O ganho foi justamente naquele que é o elo fraco desse tipo de dispositivo: a densidade energética. Os nanocapacitores eletrostáticos chegam a ser 10 vezes mais eficientes do que os dispositivos desse tipo disponíveis atualmente.
Esse aumento de eficiência os coloca em pé de igualdade com os capacitores eletroquímicos, inscrevendo um novo candidato na briga pela próxima geração de dispositivos de armazenamento de energia.
Veículos elétricos e painéis solares
Outra vantagem dos nanocapacitores é que eles podem ser produzidos na forma de finíssimos painéis, que podem ser empilhados para formar sistema de armazenamento de maior capacidade - para uso em veículos elétricos, por exemplo - ou serem integrados em painéis solares - compondo um sistema completo de captura e armazenamento de energia limpa que independe das condições meteorológicas.


Baterias feitas com vírus estão a um passo de chegar ao mercado
Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/04/2009


Protótipo de bateria que usa vírus e nanotubos de carbono. A bateria, o disco prateado no centro, está sendo utilizada para alimentar um LED.[Imagem: Donna Coveney]
Em Agosto do ano passado, cientistas do MIT apresentaram um novo conceito de bateria que utiliza vírus geneticamente modificados para otimizar o armazenamento de energia.
Na época, eles já haviam conseguido construir duas partes da bateria, o anodo e o eletrólito (veja Microbaterias feitas com vírus vão alimentar aparelhos biomecânicos).
Bateria de vírus
Agora, naquele que pode ser o passo definitivo na construção dos primeiros protótipos dessa bateria inusitada, eles construíram o catodo, demonstrando que seus vírus geneticamente modificados podem ser utilizados para fabricar tanto os terminais negativos quanto os terminais positivos de uma bateria de íons de lítio.
Em uma bateria de íons de lítio tradicional, os íons de lítio fluem entre o anodo, carregado negativamente e normalmente feito de grafite, e o catodo, carregado positivamente e normalmente feito de óxido de cobalto ou fosfato de ferro-lítio.
Os catodos são mais difíceis de serem fabricados porque eles devem ser excelentes condutores de eletricidade. Entretanto, a maioria dos materiais quimicamente adequados para a tarefa são isolantes.
Vírus e nanotubos de carbono
O enfoque adotado pelos pesquisadores foi alterar geneticamente os vírus para que eles recubram a si mesmos com uma camada de fosfato de ferro e fixem-se sobre nanotubos de carbono, que são condutores elétricos excepcionais, formando uma malha de material altamente condutor.
Como os vírus reconhecem e se ligam especificamente a determinados materiais - os nanotubos de carbono, neste caso - cada nanofio de fosfato de ferro pode ser conectado à malha de nanotubos. Assim, os elétrons podem viajar ao longo da rede de nanotubos de carbono, infiltrando-se através dos eletrodos até o fosfato de ferro e transferindo a energia de maneira otimizada.
Mercado na próxima geração
Os pesquisadores descobriram que a incorporação de nanotubos de carbono aumenta a condutividade do catodo sem adicionar muito peso à bateria. Nos testes de laboratório, o catodo de vírus e nanotubos passou por mais de 100 ciclos de carga e descarga sem perder nenhuma capacitância.
Uma bateria real deve ser capaz de durar muito mais do que isso, mas os pesquisadores acreditam poder avançar muito agora que o novo catodo está pronto. Para isso eles vão fazer os vírus ligarem-se a outros materiais, como fosfato de manganês e fosfato de níquel.
Segundo a Dra. Angela Belcher, em mais uma geração de protótipos, as baterias já poderão estar prontas para ir ao mercado.
Os vírus utilizados são de uma espécie comum de bacteriófagos - vírus que parasitam bactérias, mas que são inofensivos para o home

Bateria a ar pode durar 10 vezes mais que baterias de lítio
Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/05/2009


Diagrama da bateria a ar tipo STAIR. O oxigênio do ar reage com íons de lítio no interior do material poroso de carbono para liberar as cargas elétricas.[Imagem: University of St Andrews]
Engenheiros da Universidade St. Andrews, no Reino Unido, desenvolveram um novo tipo de bateria que utiliza o ar ambiente para substituir um dos componentes químicos utilizados nas baterias de lítio atuais.
A nova "bateria a ar" eleva em até 10 vezes a capacidade de armazenamento de energia em comparação com as baterias atuais e poderá ser mais barata, já que substitui o óxido de lítio por uma estrutura de carbono.
Fontes de energia limpa
Os pesquisadores esperam ter a bateria pronta para comercialização em cerca de dois anos, o que poderá criar uma nova geração de veículos elétricos e viabilizar fontes alternativas de energia limpa, como a energia solar e a energia eólica.
Com baterias mais eficientes, a energia captada durante os momentos de ventos fortes e durante o dia poderá ser armazenada para liberação durante os momentos de calmaria e à noite, transformando os geradores solares e eólicos em fontes de suprimento contínuo de eletricidade.
Substituindo óxido de lítio por oxigênio do ar
A maior capacidade de armazenamento de energia da nova bateria deve-se à adição de um componente que utiliza o oxigênio retirado do ar atmosférico durante o descarregamento, quando a bateria está sendo utilizada. O oxigênio substitui um dos compostos químicos utilizados nas baterias recarregáveis atuais.
Sem precisar conter o composto químico em seu interior, o novo design oferece mais energia para o mesmo volume de bateria. A redução do tamanho e do peso das baterias é um dos elementos necessários para viabilizar definitivamente os veículos elétricos.
A bateria a ar, batizada de STAIR (Saint Andrews Air), deverá ser mais barata do que as atuais baterias recarregáveis. Isto porque o novo componente é feito de carbono poroso, que é muito mais barato do que o óxido de lítio-cobalto utilizado hoje.
"Nosso objetivo é ter um incremento de 5 a 10 vezes na capacidade de armazenamento, o que está além do horizonte para as baterias de íons de lítio," diz o professor Peter Bruce, coordenador do projeto. "Nossos resultados estão sendo muito encorajadores e já superaram largamente nossas expectativas."
A grande descoberta da equipe do professor Bruce foi usar o oxigênio do ar como reagente, em vez de incluir na bateria os compostos químicos necessários à reação.
Funcionamento da bateria a ar
As baterias recarregáveis de lítio atuais são formadas por um eletrodo negativo, feito de grafite, um eletrólito orgânico e um eletrodo positivo, feito de óxido de lítio-cobalto. O lítio é retirado do composto do eletrodo positivo durante o carregamento da bateria e reinserido nele quando sua energia está sendo consumida. Ou seja, a capacidade de armazenamento de energia dessas baterias é limitada pelo eletrodo de óxido de lítio-cobalto (0,5 Li/Co, 130 mAhg-1).
Os pesquisadores substituíram o óxido de lítio-cobalto por um eletrodo poroso de carbono, permitindo que os íons de lítio reajam com o oxigênio do ar. Os resultados iniciais, quando os pesquisadores descobriram que poderiam criar uma bateria recarregável desta forma, mostraram uma capacidade de 1.000 mili-amp/hora por grama de carbono (mA/hours/g). Os resultados agora apresentados já revelam uma capacidade de 4.000 mA/hours/g.
Embora os dois designs sejam muito diferentes, a capacidade de energia da bateria a ar equivale a um incremento de 8 vezes quando comparada com a bateria de um telefone celular.
O oxigênio, que é capturado do ar atmosférico por uma superfície da bateria exposta ao ar, reage no interior dos poros do material de carbono para liberar a energia contida na bateria. Além do oxigênio do ar ser de graça, a esponja de carbono pode ser fabricada de forma muito barata mesmo hoje, quando ainda não há ganhos de escala.
O projeto de pesquisa que levou à criação da bateria a ar já consumiu dois anos de trabalho e está planejado para durar outros dois, quando os pesquisadores esperam ter um produto pronto para a comercialização.


Bateria de lítio-enxofre dura três vezes mais que baterias atuais
Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/06/2009


[Imagem: Nazar/Waterloo]
Cientistas canadenses descobriram uma forma de fazer com que as baterias de lítio, que equipam praticamente todos os equipamentos eletrônicos portáteis, armazenem até três vezes mais energia do que as atualmente disponíveis no mercado.
Baterias de lítio-enxofre
A equipe da Dra. Linda Nazar foi a primeira a demonstrar o funcionamento robusto e com alto desempenho de uma bateria recarregável de lítio-enxofre, uma combinação de elementos teoricamente promissora mas que vinha desafiando os químicos há pelo menos 20 anos.
As baterias de lítio-enxofre têm suscitado o interesse dos químicos não apenas porque a combinação dos dois elementos alcança densidades de energia muito mais elevadas do que as densidades dos compostos químicos atuais, mas também porque o enxofre é mais barato do que os materiais hoje utilizados nas baterias de íons de lítio.
"O maior desafio foi sempre o catodo, a parte da bateria que armazena e libera os elétrons durante os ciclos de carga e descarga," explica a Dra. Nazar. "Para permitir uma reação eletroquímica reversível de alta eficiência, o enxofre eletricamente ativo precisa manter-se no mais perfeito contato com um condutor, como o carbono."
Carbono mesoporoso
Os pesquisadores encontraram uma solução utilizando um material chamado carbono mesoporoso, que possui nanoporos com diâmetro e volume muito uniformes. Eles construíram uma estrutura de bastões de carbono com 6,5 nanômetros de espessura, separados por canais ocos com três a quatro nanômetros de largura. Essas minúsculas fibras de carbono mantêm os espaços ocos abertos, evitando o colapso de toda a arquitetura.
Depois de fundido, o enxofre entra nos nanoporos por força capilar, solidificando-se e formando nanofibras de enxofre. Como o preenchimento dos espaços entre as fibras de carbono é virtualmente perfeito, a área de contato enxofre-carbono é muito grande, permitindo a criação de uma nova bateria com um rendimento excepcional.
Densidade energética
"Esse material compósito pode alcançar até 80% da capacidade teórica do enxofre, que é três vezes a densidade energética dos catodos metálicos de lítio, com boa estabilidade entre os ciclos," diz a Dra. Nazar.
A técnica de fabricação do compósito também poderá ser utilizada para outras finalidades, criando compósitos pela incorporação de outras duplas de materiais.
A Universidade de Waterloo requisitou a patente da nova bateria de lítio e enxofre e afirmou, em comunicado, estar avaliando propostas de empresas privadas para o licenciamento da tecnologia.

Baterias de imprimir são finas como papel e pesam menos de um grama
Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/07/2009


As baterias de imprimir serão úteis em artefatos de vida útil mais curta, podendo ser impressas sobre o próprio dispositivo que irão alimentar.[Imagem: Fraunhofer]
Se há um campo que precisa urgentemente de uma tecnologia disruptiva, daquelas que quebram os paradigmas atuais e levam a técnica para um outro patamar, este campo é o das baterias.
As baterias atuais são razoáveis, mas não muito mais do que isso. Elas são grandes, pesadas e caras. Baterias com alta densidade de energia que não tivessem esses problemas poderiam viabilizar de vez, entre outros inúmeros exemplos, os veículos elétricos e o uso das energias eólica e solar.
Bateria impressa
Os pesquisadores do Instituto Fraunhofer, na Alemanha, estão fazendo a sua parte. Ainda não é a bateria que o mundo aguarda, mas poderá resolver vários pequenos problemas, literalmente.
Os pesquisadores apresentaram nesta semana a sua nova bateria, que é fina como um papel, com uma espessura menor do que 1 milímetro e pesando menos de 1 grama. E que pode ser fabricada em larga escala por um processo de impressão.
"Nosso objetivo é produzir essas baterias em massa a um preço de um dígito na casa dos centavos," diz o Dr. Andreas Willert, coordenador do grupo que criou a bateria impressa.
Bateria sem mercúrio
A nova bateria não contém mercúrio e gera uma tensão de 1,5 V, similar à das pilhas convencionais, o que a torna adequada ao uso imediato nos equipamentos eletrônicos atuais. Imprimindo várias delas em série pode-se alcançar tensões de 3 V, 4,5 V, 6 V e assim por diante.
Ela é composta de várias camadas, incluindo um anodo de zinco e um catodo de manganês. O zinco e o manganês reagem um com o outro para produzir a eletricidade.
Volatilidade
Entretanto, as camadas do anodo e do catodo volatilizam-se gradualmente durante o processo químico em que geram eletricidade. Isso torna a bateria útil em produtos com tempo de vida curta ou que exijam potências muito baixas, como cartões de crédito ativos, etiquetas RFID, sensores e outros dispositivos portáteis.
Como o processo de fabricação da bateria ultrafina é muito simples, similar ao utilizado na impressão de silk-screen, os pesquisadores afirmam que ela poderá estar disponível comercialmente até o final deste ano.
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Avião solar terá autonomia de voo de cinco anos
BBC - 25/08/2009


A asa em forma de Z, com 150 metros de envergadura, será reajustável durante o voo, para que possa absorver o máximo possível de energia do sol. À noite ela assumirá a forma plana. [Imagem: Aurora Flight]
Asa em Z
Asa em Z
Uma empresa norte-americana está desenvolvendo uma aeronave movida a energia solar que poderá se manter no ar por cinco anos continuamente.
A asa em forma de Z, com 150 metros de envergadura, será reajustável durante o voo, para que possa absorver o máximo possível de energia do sol.
O avião solar, batizado de Odysseus (Ulisses, herói da Guerra de Troia), deverá acumular a energia do sol durante o dia e usá-la para continuar seu voo durante a noite. Na ocasião, a asa tomará uma forma plana, diminuindo sua resistência ao ar e, portanto, consumindo menos energia.
Monitoramento ambiental
O avião solar não tripulado está sendo projetado para voar a altitudes de 18 mil a 27 mil metros, e deverá ser utilizada para missões de reconhecimento, comunicações e monitoramento ambiental no âmbito de pesquisas sobre mudanças climáticas.
A empresa Aurora Flight Sciences está desenvolvendo a aeronave dentro do programa "Vulture", que tem apoio da BAE Systems, C.S. Draper Laboratories e Sierra Nevada Corporation.
As empresas divulgaram apenas o desenho da aeronave solar, sem maiores detalhes técnicos. O protótipo deverá ficar pronto em cinco anos.
Motor elétrico nanocristalino acelera motoneta elétrica
Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/07/2009


[Imagem: KLD Energy]
A empresa emergente KLD Energy Technologies apresentou o seu prometido motor elétrico para acionamento de veículos, fabricado a partir de um compósito nanocristalino inovador.
Motor de alta frequência
Batizado de neue, o motor elétrico opera em altíssima frequência, chegando aos 2.500 Hertz, contra uma média de 250 Hz para os motores de mesmo tipo atualmente disponíveis, graças à maior eficiência do compósito nanocristalino na condução elétrica.
Segundo a empresa, o nanocompósito chega a conduzir eletricidade com uma eficiência 10 vezes superior à dos motores que usam núcleos de ferro, eliminando a necessidade de sistemas de refrigeração e permitindo a construção de um motor com respostas mais rápidas, algo essencial para os motores dos veículos elétricos.
Motoneta elétrica
Com uma baixíssima relação frequência/rotação, o motor dispensa o uso de transmissão, simplificando o projeto de veículos pequenos, principalmente motos. A própria KLD está lançando uma motoneta equipada com seu motor para disseminar seu uso e demonstrar a tecnologia.
A motoneta equipada com o neue supera os 80 k/h de velocidade máxima, quase o dobro das motonetas elétricas disponíveis no mercado. A combinação de baixa rotação e alta frequência não comprometeu o tradicional torque dos motores elétricos - o neue é capaz de levar a motoneta de 0 até sua velocidade final em menos de 10 segundos.
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Decola primeiro avião tripulado movido a hidrogênio
Agostinho Rosa - 10/07/2009


Antares DLR-H2 tornou-se o primeiro avião tripulado do mundo capaz de decolar e voar utilizando unicamente a energia de células de combustível a hidrogênio.
Desenvolvido pela agência espacial alemã (DLR), o Antares foi criado a partir de um planador motorizado. Suas asas, com uma envergadura de 20 metros, receberam um reforço estrutural para suportar dois "tanques" extras, onde são acondicionados a célula de combustível e o tanque de hidrogênio.
Avião a hidrogênio
O avião a hidrogênio atinge uma velocidade máxima de 170 km/h, embora os engenheiros afirmem haver espaço para otimização, uma vez que o reforço estrutural feito no planador original garante que ele suporte velocidades de até 300 km/h. A autonomia de voo é de 750 km.
"Nós aumentamos tanto a capacidade e a eficiência da célula a combustível que finalmente pudemos construir um avião tripulado capaz de decolar e voar usando apenas a eletricidade gerada por elas," comemora o engenheiro Johann-Dietrich Wörner, da DLR.
As células usam hidrogênio como combustível, que é convertido em energia elétrica através de uma reação eletroquímica direta com o oxigênio do ar, sem qualquer combustão. O único resíduo gerado pelas células de combustível é água, resultante da reação do hidrogênio com o oxigênio.
Isso significa que o Antares DLR-H2 voa com emissão zero de CO2, além de não fazer quase nenhum ruído, com seus motores elétricos alimentados diretamente pela energia gerada pelas células a combustível.
Nível de eficiência


Tanque de hidrogênio do Antares DLR-H2 [Imagem: DLR]
A célula de combustível fica sob a asa esquerda e o tanque de hidrogênio fica sob a asa direita do avião. A célula é capaz de gerar até 25 kilowatts, embora o Antares consuma apenas 10 kW quando voando em linha reta e em velocidade de cruzeiro. Neste caso, a célula de combustível estará operando com um nível de eficiência de 52%.
A eficiência total do avião a hidrogênio, do tanque de hidrogênio até o motor elétrico, alcança 44%, o que o torna duas vezes mais eficiente do que os aviões com motores a combustão. Aviões alimentados por querosene têm eficiência entre 18 e 25%.
Outra inovação importante na viabilização do Antares foi a possibilidade de conexão direta da célula a combustível ao motor elétrico, eliminando sistemas de conversão e diminuindo o peso do sistema. O motor pode lidar diretamente com tensões entre 188 e 400 volts.
Aviões não-tripulados