Os estudos sobre a duração das baterias estão errados e avaliam a sua durabilidade por baixo, concluem cientistas da Universidade de Stanford.
Neste artigo:
“Para-arranca” beneficia baterias
De acordo com os cientistas, a condução dos veículos elétricos em situações reais de “para-arranca” beneficia mais as baterias do que a utilização constante simulada em quase todos os testes laboratoriais de novas conceções de baterias.
O que os cientistas agora descobriram é que existe uma grande diferença na duração das baterias sujeitas à utilização normal dos condutores relativamente aos testes conduzidos em laboratório.
Duração das baterias pode ser 1/3 superior
A diferença pode mesmo ser abissal. A duração das baterias pode ser um terço superior ao que os investigadores têm previsto até agora. O problema está na diferença de comportamento entre os testes laboratoriais e as condições reais.
Os cientistas do SLAC-Stanford Battery Center, um centro conjunto do Precourt Institute for Energy da Universidade de Stanford e do SLAC National Accelerator Laboratory, concluem que o proprietário de um veículo elétrico típico poderá nunca ter de substituir a bateria, podendo os automóveis elétricos durar muitos mais anos.
Condições reais de trânsito fazem bem à bateria
A prática comum nos laboratórios é testar os ciclos de vida das baterias utilizando uma taxa constante de descarga seguida de recarga, repetindo-se o ciclo inúmeras vezes.
Só que os cientistas chegaram agora à conclusão de que, quando sujeitas à utilização normal de um automóvel elétrico no mundo real – como trânsito intenso, viagens longas em autoestrada, viagens curtas na cidade e, na maior parte das vezes, estacionados – a duração das baterias é muito maior.
“Não temos testado as baterias dos veículos elétricos da forma correta”, afirmou Simona Onori, autora sénior e professora associada de ciências e engenharia da energia na Stanford Doerr School of Sustainability.
“Para nossa surpresa, a condução real com aceleração frequente, travagem que carrega um pouco as baterias, paragem para ir a uma loja e deixar as baterias descansar durante horas, ajuda as baterias a durar mais tempo do que pensávamos com base nos testes de laboratório padrão da indústria”, conlui.
Testadas 92 baterias durante 2 anos
Os investigadores conceberam quatro tipos de perfis de descarga de veículos elétricos, desde a descarga constante padrão até à descarga dinâmica baseada em dados reais de condução. A equipa de investigação testou 92 baterias comerciais de iões de lítio durante mais de dois anos em todos os perfis de descarga. No final, quanto mais realisticamente os perfis refletiam o comportamento real de condução, maior era a duração das baterias e consequente esperança de vida do veículo.
O estudo mostrou uma correlação direta entre acelerações bruscas e curtas dos automóveis elétricos e uma degradação mais lenta da bateria, o que contraria as suposições de longa data dos investigadores de baterias, incluindo a da equipa deste estudo, de que os picos de aceleração são maus para as baterias dos veículos elétricos.
Carregar no pedal é bom
Carregar no pedal com força não acelera o envelhecimento. Pelo contrário, torna-o mais lento, explicou Alexis Geslin, um dos três principais autores do estudo e estudante de doutoramento em ciência e engenharia de materiais e em ciências informáticas na Escola de Engenharia de Stanford.
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São vários os fatores que contribuem para a inesperada duração das baterias, segundo o estudo. Um algoritmo de aprendizagem automática treinado com base em todos os dados recolhidos pela equipa ajudou a identificar o impacto dos perfis de descarga dinâmicos na degradação da bateria.
Duas formas de envelhecer
A equipa de investigação também procurou diferenças entre o envelhecimento da bateria devido a muitos ciclos de carga-descarga e o envelhecimento da bateria que apenas surge com o tempo.
Os investigadores chegaram a duas conclusões diferentes quanto às razões para o envelhecimento e duração das baterias para dois tipos de veículos e de utilização.
“Nós, engenheiros de baterias, assumimos que o envelhecimento do ciclo é muito mais importante do que o envelhecimento induzido pelo tempo. Isto aplica-se sobretudo a veículos elétricos comerciais, como autocarros e carrinhas de entregas, que estão quase sempre a ser utilizados ou recarregados”, afirmou Geslin. “Para os consumidores que utilizam os seus EVs para ir para o trabalho, ir buscar os filhos, ir à mercearia, mas que na maior parte das vezes não os utilizam nem os carregam, o tempo torna-se a causa predominante do envelhecimento em relação ao ciclismo.”
Os fabricantes de automóveis podem atualizar o seu software de gestão de baterias de veículos elétricos para tirar partido das novas descobertas e maximizar a duração das baterias em condições reais.
Utilização vai ser otimizada
“No futuro, a avaliação de novos produtos químicos e designs de baterias com perfis de procura realistas será muito importante”, afirmou Le Xu, académico de pós-doutoramento em ciências e engenharia da energia.
“Os investigadores podem agora rever os presumíveis mecanismos de envelhecimento ao nível da química, dos materiais e das células para aprofundar os seus conhecimentos. Isto facilitará o desenvolvimento de algoritmos de controlo avançados que otimizem a utilização das arquiteturas de baterias comerciais existentes”.
Aplicação noutros campos
As implicações vão para além duração das baterias, sugere o estudo. Os cientistas e engenheiros poderão aplicar os princípios a outras aplicações de armazenamento de energia, bem como a outros materiais e dispositivos das ciências físicas em que o envelhecimento é crucial, como plásticos, vidros, células solares e alguns biomateriais utilizados em implantes.
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“Este trabalho realça o poder da integração de múltiplas áreas de especialização – desde a ciência dos materiais, controlo e modelação até à aprendizagem automática – para fazer avançar a inovação”, afirmou Onori.