Energia

Cientista propõe novo design para baterias

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/02/2003

Embora poucas pessoas tenham ouvido falar deles, o emergente reino dos dispositivos em micro-escala - chamados sistemas microeletromecânicos, ou MEMS ("MicroElectroMechanical Systems") - têm o potencial para mudar completamente as indústrias médica, automotiva e aeroespacial. Antes porém, há um pequeno problema a ser resolvido: ainda não existem baterias capazes de fornecer a potência necessária para acioná-los e que caibam dentro de equipamentos, como serão os MEMS, mais finos do que um fio de cabelo humano.

Bruce Dunn, professor de Ciências dos Materiais da Universidade da Califórnia (Estados Unidos), acredita que um novo design radical, baseado em uma geometria tridimensional, poderá ser a resposta para a produção das novas baterias, recarregáveis, leves e diminutas. "Nossa equipe de engenheiros e químicos está estabelecendo a ciência para um novo tipo de bateria que representa uma mudança real de paradigma," disse Dunn.

Equipamentos eletrônicos muito maiores, como laptops e telefones celulares, atualmente utilizam baterias bidimensionais, com eletrodos positivo e negativo empilhados uns sobre os outros como folhas de papel. A fim de dar maior potência às baterias, mais camadas de eletrodos são adicionadas, tornando a bateria maior e mais pesada. Conquanto isso possa funcionar para laptops, quando se tenta encolher esses tipos de bateria para tamanhos que possam equipar os MEMS, elas não atingem a carga necessária para atender às necessidades.

A equipe de pesquisadores propõe que as folhas de eletrodos bidimensionais sejam substituídos por cilindros dispostos em uma estrutura tridimensional. Centenas destes cilindros serão arranjados uns próximos aos outros como tubos na carroceria de um caminhão. Cada cilindro terá apenas um milésimo de milímetro de tamanho. Esse design resultará em uma bateria compacta e com pequena distância a ser percorrida pelos íons, o que é muito importante. "Uma rota mais eficiente para o movimentos dos íons significa menor perda de potência e uma bateria mais durável," disse Dunn.

O grupo está atualmente projetando uma bateria de cerca de cinco milímetros de tamanho, a qual está impondo significativos desafios aos cientistas. "Nós estamos utilizando materiais tradicionais de baterias de lítio," disse o pesquisador. "A parte difícil é fabricar a estrutura. Aí é que estará a ênfase da engenharia."

O professor C.J.Kim, do departamento de Engenharia e Mecânica da mesma Universidade, é um especialista em técnicas de micromanufatura. Ele e seus estudantes estão criando chips de silício para serem utilizados como moldes. O material dos eletrodos é colocado nos moldes e deixado para endurecer. A seguir o molde de silício é quimicamente destruído, deixando intacta a estrutura tridimensional de eletrodos da bateria.

Baterias tão pequenas serão necessárias para acionar os MEMS que serão utilizados na indústria médica, automotiva e aeroespacial. Por exemplo, médicos poderão utilizar implantes que liberam drogas ou que protejam células transplantadas. Outros equipamentos poderão ser utilizados para automatizar a análise de sangue, tecidos e células, de forma muito mais barata do que as técnicas atuais.

Embora a equipe de pesquisadores esteja focada em encontrar uma forma de fornecer energia para os MEMS, poderá haver enormes implicações para outros equipamentos eletrônicos comuns. A necessidade de baterias menores que não sacrifiquem a potência está crescendo à medida em que telefones celulares e câmeras digitais diminuem de tamanho. Hoje, cerca de 35% do peso de um laptop está na bateria.

Dunn acredita que ainda demorará um pouco até que uma bateria 3D chegue ao mercado consumidor. "O mercado de baterias é tão vasto que se nós tivermos sucesso, tenho certeza de que nossos conceitos e projetos serão utilizados para a fabricação de fontes 3D. Mas provavelmente não antes de cinco anos." A equipe está justamente no primeiro de um contrato de cinco anos com o escritório de pesquisa naval dos Estados Unidos.