As telas agora podem dobrar – por que não as baterias?

Um dos pontos mais discutidos neste ano no Mobile World Congress foi a demonstração do conceito de telefone dobrável da Motorola. O telefone poderia envolver o pulso de alguém.

Embora telas de telefone totalmente flexíveis existam há bastante tempo, o telefone conceito da Motorola – dobrável – era de outra categoria.

Não só era um smartphone flexível de tamanho completo com câmera, mas também possuía uma IA generativa a bordo que podia criar um esquema de cores para combinar com a roupa do usuário em 10 segundos. 

Enquanto os telefones dobráveis estão em ascensão, hoje discutiremos o cenário envolvendo baterias. A questão é: se as telas agora podem dobrar, por que não as baterias?

Em um desenvolvimento recente, pesquisadores da ACS Energy Letters relataram uma bateria de íon‑lítio com componentes totalmente extensíveis, incluindo uma camada eletrolítica que pode expandir até 5000%.

O bom aspecto da bateria é que suas propriedades de extensibilidade não afetam o desempenho, pois ela pode manter sua capacidade de armazenamento de carga após quase 70 ciclos de carga/descarga. 

Nos segmentos abaixo, analisaremos as propriedades desta bateria em maior detalhe. 

Baterias Dobráveis e Extensíveis para Potenciar Dispositivos Eletrônicos com as Mesmas Propriedades

A pesquisa atual representa um avanço nesta área. Isso ocorre porque, até o momento, os esforços para construir baterias dobráveis e extensíveis tentaram usar e aproveitar tecidos condutores tecidos ou componentes rígidos dobrados em formas expansíveis, como se é feito na arte japonesa de dobradura de papel, origami. 

No entanto, essa técnica tem um problema, pois uma bateria verdadeiramente maleável requer que seja elástica em cada uma de suas partes, incluindo os eletrodos que coletam carga e os componentes de balanceamento de carga na camada eletrolítica central. 

Mas nenhum dos protótipos que vimos até agora apresenta elasticidade completa. Em vez disso, eles têm elasticidade moderada e exigem um processo de montagem complexo, ainda mais comprometido por capacidade limitada de armazenamento de energia, especialmente quando usados por longos períodos com carregamentos e descarregamentos repetidos.

O problema da ineficiência de carregamento surge da conexão fraca entre a camada eletrolítica e os eletrodos. Além disso, o eletrolito fluido pode se tornar instável, fazendo com que se mova quando a bateria muda de forma. 

A equipe investigou esses problemas e desenvolveu soluções.

Soluções Inovadoras para Alcançar Elasticidade Total

A equipe pensou em usar o eletrólito em uma camada de polímero fundida entre duas películas de eletrodos flexíveis para criar uma bateria completamente sólida e extensível. 

Para os eletrodos, a equipe desenvolveu uma estratégia de espalhar uma fina película de pasta condutora contendo nanofios de prata, negro de carbono e materiais de cátodo ou ânodo à base de lítio sobre uma placa.

Em seguida, aplicaram uma camada de polidimetilsiloxano, um material flexível comumente usado em lentes de contato, sobre a pasta.

Finalmente, sobre tudo, os pesquisadores aplicaram um sal de lítio, um líquido altamente condutor, e os ingredientes para fazer um polímero extensível.

Quando todos esses, empilhados em múltiplas camadas, foram ativados por luz, os componentes se combinaram para formar uma camada sólida e borrachenta que podia esticar até 5000% do seu comprimento original sem problemas no transporte de íons de lítio.

Todo o dispositivo foi selado com um revestimento protetor, e a pilha, como mencionado anteriormente, incluía uma camada adicional de película de eletrodo.

Os pesquisadores compararam sua solução com soluções existentes no mercado que visam o mesmo objetivo. Os resultados da comparação foram os seguintes: 

Comparação entre o Novo Design de Bateria Sólida e Extensível com Dispositivos Alimentados por Eletrólito Líquido Tradicional

• A nova versão ofereceu uma capacidade média de carga seis vezes maior com uma taxa de carregamento rápido. 
• A nova solução pôde manter estabilidade aumentada durante 67 ciclos de carga e descarga.
• O eletrolito de polímero operou de forma estável por mais de 1000 ciclos, com a capacidade caindo 1% nos primeiros 30 ciclos. Em uma solução de eletrolito líquido, a queda chegou a 16%. 

Os pesquisadores acreditam que, embora ainda haja muito a ser alcançado, a pesquisa e seus resultados são um passo altamente afirmativo e promissor na criação de dispositivos vestíveis ou implantáveis que flexionam e se movem com o corpo.

Embora as instituições de pesquisa sempre atuem como agentes pioneiros para que qualquer indústria evolua com o tempo, nem todas as inovações se mostram viáveis para aplicações reais. Inovações precisam ter um elemento de aplicabilidade, e também precisam ser propícias à adoção em um paradigma operacional em escala. 

Em 2019, outra equipe de pesquisadores do Laboratório de Física Aplicada da Johns Hopkins desenvolveu uma bateria de íon‑lítio flexível que poderia operar sob condições extremas, como corte, submersão e impacto balístico simulado. Os pesquisadores também garantiram que as baterias fossem incombustíveis. 

“Água-em-Sal” e “Água-em-Bissal” Eletrolitos para Baterias Flexíveis Incombustíveis

Os pesquisadores ofereceram novas percepções através da descoberta de uma nova classe de eletrolitos \”water-in-salt\” e \”water-in-bisalt\”—referidos como WiS e WiBS— que, quando incorporados em uma matriz de polímero, podem reduzir a atividade da água e elevar as capacidades energéticas e o ciclo de vida da bateria.

Ao mesmo tempo, o mecanismo libertou a configuração da bateria da inflamabilidade, toxicidade e solventes altamente reativos presentes neles. O resultado foi na forma de uma bateria flexível que era segura e poderosa. 

De acordo com Konstantinos Gerasopoulos, do Departamento de Pesquisa e Desenvolvimento Exploratório da APL, que também liderou a pesquisa:

“As baterias de íon‑lítio já são uma presença constante em nossas vidas diárias, desde nossos telefones até nossos carros, e continuar a melhorar sua segurança é fundamental para avançar ainda mais a tecnologia de armazenamento de energia.”

Explicando a importância da pesquisa, ele disse:

“Nosso artigo recente demonstra usabilidade e desempenho aprimorados de baterias de íon‑lítio de polímero flexível à base de água que podem ser construídas e operadas ao ar livre.”

Embora a pesquisa em andamento tenha oferecido muitas descobertas, algumas empresas também têm sido consistentes na fabricação de baterias flexíveis para itens eletrônicos. 

#1. Samsung

Há mais de quatro anos, uma patente adicionada ao banco de dados do World Intellectual Property Office (WIPO) mostrou que Samsung havia desenvolvido uma bateria dobrável para alimentar telefones da mesma natureza. A bateria patenteada foi projetada com camadas que permitiam que uma de suas células se conectasse a outra via uma junta flexível. Essa conexão flexível atravessava a parte da dobradiça do dispositivo, eliminando a necessidade de duas baterias sólidas separadas. 

A patente, segundo relatos, referia‑se à fabricação de baterias que poderiam ser encaixadas na série Galaxy Fold da empresa. O sucesso da solução de bateria significou que a empresa não precisaria se preocupar em fabricar dois componentes convencionais separados. Em vez disso, uma célula poderia fluir para a próxima através da dobradiça do dispositivo graças à sua faixa central de conexão.

A patente afirmava que a dobradiça era composta de “material base”, “camadas de mistura” e “separadores isolantes”. Segundo especialistas, o mecanismo permitia que as camadas ativas portadoras de carga nas células interagissem enquanto podiam alimentar o telefone através de um módulo de circuito de proteção unificado (PCM) e conectar-se à sua placa principal.

O Samsung Galaxy Z Fold 6 já está no mercado, indicando que a tecnologia de bateria dobrável da Samsung foi bem-sucedida. O telefone vem com um enorme display OLED de 7,6 polegadas e pode suportar navegação contínua na web via 5G (neste caso, T-Mobile), com o brilho da tela ajustado para 150 nits. 

De acordo com uma análise do dispositivo, o aparelho teve uma média de 10 horas e 35 minutos em quatro testes, superando os tempos de execução do Google Pixel Fold (10:21) mas ficando atrás do OnePlus Open (11:31). 

Ao dar sua opinião sobre a capacidade da bateria da série Fold, o revisor – resumidamente – disse o seguinte:

“No uso diário, achei que o Z Fold 6 oferece uma vida útil da bateria bastante forte. Com uso misto, o indicador de bateria normalmente cai para a faixa de 20% a 25% por volta das 20h, que é quando eu procuro um carregador de qualquer forma. Mas eu certamente gostaria de mais autonomia nesses dias em que viajo ou simplesmente uso o Slack constantemente.”

No total, a iniciativa da Samsung em baterias dobráveis, flexíveis ou maleáveis para telefones pode ser considerada um sucesso, com chances de melhoria como sempre.

Financeiramente, a Samsung Electronics divulgou recentemente seus resultados financeiros do primeiro trimestre de 2024, mostrando um crescimento significativo em vários segmentos. A empresa alcançou uma receita consolidada de KRW 71,92 trilhões (US$ 52,08 bilhões), marcando um aumento de 13% em comparação ao mesmo período do ano passado. O lucro operacional disparou 933% para KRW 6,61 trilhões (US$ 4,78 bilhões), impulsionado principalmente por vendas robustas em suas divisões de chips de memória e smartphones. Sua divisão de smartphones registrou resultados impressionantes, com a série Galaxy S24 contribuindo significativamente para a receita e o lucro operacional.

#2. Jenax

Outra empresa que tem realizado trabalhos pioneiros no espaço de maleabilidade ou extensibilidade de baterias é a Jenax. Um de seus produtos mais inovadores é o J.Flex, a bateria de íon‑lítio recarregável, de carregamento rápido, de estado sólido e flexível da Jenax.

A empresa afirma que seu produto pode dobrar totalmente e mover‑se com o dispositivo sem sacrificar a energia. Em termos de aplicação, a bateria atende a um amplo campo, incluindo wearables de TI, wearables de saúde e fitness, moda e o setor militar. 

As baterias J.Flex podem ser dobradas ou enroladas para melhorar a flexibilidade de dispositivos de próxima geração. Mesmo com dobramento dinâmico constante, elas podem operar com a mesma eficiência e capacidade do nível de referência não dobrado. 

J.Flex suporta personalização, permitindo que designers criem novas formas e tamanhos – antes indisponíveis – sem sacrificar o desempenho. A bateria também está em conformidade com normas internacionais para garantir segurança em todas as aplicações.

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Dobre como uma Bateria: Tendências Futuras na Maleabilidade de Baterias. 

O volume de pesquisas em andamento neste domínio torna o espaço promissor para crescimento. As empresas estão cada vez mais inovando em seus designs de gadgets eletrônicos. Elas imaginam novas estéticas, criando demanda por propriedades de maleabilidade, extensibilidade e flexibilidade em baterias que eventualmente alimentarão seus dispositivos. 

Embora já tenhamos analisado duas pesquisas desse tipo que dão continuidade, concluiremos a discussão de hoje ao examinar outra que poderia estar repleta de aplicações nos próximos dias. Uma equipe de pesquisadores da University of Houston desenhou e desenvolveu um protótipo de bateria de íon‑lítio totalmente extensível baseada em tecido.

Os pesquisadores usaram tecido de prata condutor como plataforma e coletor de corrente, o que se mostrou um avanço. Ao explicar o que a pesquisa alcançou e sua importância, Haleh Ardebili, professora Bill D. Cook de Engenharia Mecânica na UH, responsável por conduzir a pesquisa, disse:

“Parecia o próximo passo natural criar e integrar baterias extensíveis com dispositivos e roupas extensíveis. Imagine dobrar, dobrar ou esticar seu laptop ou telefone no bolso ou usar sensores interativos incorporados em nossas roupas que monitoram nossa saúde.”

Não só a pesquisa tem potencial para abrir novas fronteiras no uso de baterias em nosso cotidiano, mas também corrigiu uma limitação fundamental que existia até então: o problema da rigidez.

Assim como a pesquisa da Johns Hopkins de 2019, os pesquisadores da UH transformaram eletrodos rígidos de bateria de íon‑lítio em eletrodos vestíveis, baseados em polímero sólido, de tecido, flexíveis e extensíveis.

Segundo Ardebili:

“O eletrodo da bateria deve permitir o movimento tanto de elétrons quanto de íons.”

Essa demanda poderia ser atendida eficientemente com o uso de tecido de prata entrelaçado, pois ele pode deformar-se mecanicamente ou esticar e ainda fornecer “caminhos de condução elétrica necessários para que o eletrodo da bateria funcione bem”.

Embora a tecnologia da bateria ainda estivesse em fase de testes iniciais, os pesquisadores já podiam imaginar sua aplicabilidade em trajes espaciais inteligentes, eletrônicos de consumo incorporados em vestimentas que monitoram a saúde das pessoas e dispositivos que interagem com humanos em vários níveis. No entanto, como todas as invenções, a viabilidade desta também dependia da escalabilidade da fabricação, da gestão da estrutura de custos e de fatores semelhantes.

Nos próximos dias, veremos mais inovações em nossos smartphones. Outro espaço em crescimento é a tecnologia vestível voltada para saúde e fitness. Moda e acessórios também incorporarão elementos eletrônicos.

Tudo isso resultará em maior demanda por baterias extensíveis. Os pesquisadores verão uma adoção crescente de sua tecnologia em diversos setores. No entanto, não se deve esquecer os aspectos de segurança, longevidade e desempenho ao fabricá‑las. 

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