O que será necessário para carregar veículos elétricos mais rapidamente?

Para colocar mais VEs na estrada, esses cientistas estão trabalhando para carregar um carro no mesmo tempo que leva para abastecer em um posto de gasolina

Rebecca Heilweil

Os veículos elétricos são mais silenciosos, mais fáceis de reparar e manter e muito melhores para o meio ambiente do que os carros tradicionais de combustão interna. Ainda assim, o número de EVs na estrada está atrás dos carros que deveriam substituir, em parte devido aos tempos de carregamento.

Enquanto reabastecer um tanque de gasolina leva apenas alguns minutos, carregar um EV leva muito mais tempo. No momento, os carregadores mais rápidos disponíveis para os consumidores, às vezes chamados de carregadores de nível 3, podem carregar a bateria de um veículo em 80% em apenas 20 minutos. Mas os carregadores mais disponíveis (e acessíveis) são muito mais lentos. Os carregadores de nível 2 levam várias horas para carregar um veículo, e os carregadores de nível 1 - que se conectam a uma tomada doméstica típica - podem levar mais de dois dias.

Essas baixas velocidades de carregamento apenas exacerbaram a "ansiedade de alcance" - a preocupação de que as baterias possam ficar sem carga na estrada. Mais de 50% dos 500 proprietários de veículos elétricos que participaram de uma pesquisa OnePoll de 2022 encomendada pela Forbes Wheels disseram que frequentemente ou sempre têm essa preocupação. Embora o secretário de transporte Pete Buttigieg tenha rejeitado a ideia de que os motoristas deveriam se preocupar tanto com o alcance, isso continua sendo um grande obstáculo para os possíveis compradores de veículos elétricos. Isso, e o fato de que a demanda por EVs supera a capacidade dos fabricantes de automóveis de produzi-los, ameaça desacelerar o caminho para a eletrificação.

Cientistas, incluindo aqueles em universidades, nos principais fabricantes de veículos elétricos e no Departamento de Energia, acham que os EVs poderiam ser energizados mais rapidamente se levarmos a ciência do carregamento aos seus limites. Eles argumentam que ajustar a química interna das baterias EV e o design dos cabos de carregamento pode ajudar a eliminar essa grande barreira à adoção. O desafio é acelerar o carregamento sem comprometer a segurança ou a longa vida útil da bateria. O objetivo é chegar o mais próximo possível do tempo necessário para abastecer um veículo de combustão interna.

"Existem muitas inovações no lado da eletroquímica que ainda estão em laboratório", diz Christopher Rahn, que codirige o Centro de Tecnologia de Armazenamento de Bateria e Energia da Penn State University. "Eles podem ser mais caros [e] talvez exijam diferentes processos de fabricação. Eles não estão necessariamente prontos para serem lançados em grande escala, mas certamente muitos pesquisadores têm alguns resultados interessantes."

O desafio fundamental do carregamento está na eletroquímica das baterias. As baterias são projetadas com dois eletrodos: um ânodo e um cátodo. Os íons de lítio fluem entre esses dois componentes. Quando uma bateria está descarregando e alimentando um carro, os íons de lítio viajam do ânodo para o cátodo, o que produz elétrons livres e carga elétrica. Quando o veículo está carregando, ocorre o inverso e os íons de lítio são empurrados de volta para o ânodo.

O problema é que, dentro da bateria, os íons de lítio enfrentam uma lombada crítica. Se viajarem muito rápido, ficarão presos e não conseguirão entrar no ânodo. Quando os íons de lítio ficam presos, há menos íons de lítio para fornecer carga, o que torna a bateria menos eficaz. Pior ainda, se muitos íons de lítio se acumularem, a bateria pode entrar em curto-circuito e, potencialmente, iniciar um incêndio na bateria.

"Acontece que mover o lítio é como colocar 100 pessoas em uma sala estreita", diz Venkat Srinivasan, diretor do Argonne Collaborative Center for Energy Storage Science e vice-diretor do Joint Center for Energy Storage Research em Illinois. "Há uma pequena porta. Eu teria 100 pessoas começando a se amontoar na porta. Todos vão ficar presos naquela porta."

Agora, alguns pensam que o uso de novas químicas de bateria pode tornar mais fácil para os íons de lítio se moverem dentro de uma célula de bateria. Em Argonne, os pesquisadores estão estudando se é possível usar vários caminhos para os íons de lítio viajarem dentro de uma bateria - e essencialmente reduzir a aglomeração.