Na luta para frear o aquecimento global, o transporte e a indústria automotiva serão dois dos principais protagonistas. Os fabricantes globais de automóveis estão, portanto, se esforçando para encontrar a opção mais limpa, eficiente e econômica para o futuro - já que isso garantirá as vendas.
O vencedor atual são os veículos elétricos (EVs) movidos a bateria, predominantemente alimentados por baterias de íon-lítio. No entanto, as baterias têm muitas desvantagens, incluindo uma vida útil e preço limitados. Para resolver esses problemas, os fabricantes estão procurando alternativas. Uma opção que está ganhando força é células de combustível de hidrogênio, mas são melhores do que baterias? Continue lendo para descobrir a solução certa para você!
Conteúdo
O que é uma bateria?
O que é uma célula de combustível de hidrogênio?
Baterias vs. células de combustível de hidrogênio: as diferenças
Baterias versus células de combustível de hidrogênio: qual é melhor?
Conclusão
O que é uma bateria?
Uma bateria é um dispositivo que pode armazenar energia e depois descarregá-la, convertendo energia química em eletricidade, quando necessário. A descarga de eletricidade é conseguida através da reação química em uma ou mais células eletroquímicas. Isso significa que baterias com mais células são capazes de uma descarga de energia elétrica maior.
Como as células eletroquímicas criam eletricidade?
- As células eletroquímicas possuem dois terminais (eletrodos), que são conectados por meio de uma ponte porosa.
- Os eletrodos passam uma carga elétrica (elétrons) entre si através dessa ponte porosa, que contém o produto químico conhecido como eletrólito.
- A perda de elétrons do eletrodo/terminal negativo (ânodo) e a passagem destes para o eletrodo/terminal positivo (cátodo) através do eletrólito significa que há uma diferença de carga, ou voltagem, de um lado para o outro, resultando em um fluxo de eletricidade.
As baterias podem ser recarregáveis ou de uso único e podem ser feitas de diversos materiais. Alguns dos materiais mais comuns incluem alcalino, íon de lítio, polímero de lítio, hidreto de metal de níquel.
Dependendo do número de células eletroquímicas, as baterias podem ser usadas de maneira diferente – onde baterias maiores podem alimentar carros elétricos, por exemplo, enquanto uma bateria menor pode ser usada para alimentar uma lâmpada ou furadeira.
O que é uma célula de combustível de hidrogênio?
Células de combustível de hidrogênio, como baterias, têm um ânodo, cátodo e uma ponte porosa de eletrólito. No entanto, em vez de usar energia química, as células a combustível de hidrogênio geram eletricidade por meio da reação dos átomos de oxigênio e hidrogênio e, como o único subproduto é a água, usá-la para gerar energia não polui.
Como as células de hidrogênio criam eletricidade?
- O hidrogênio é alimentado ao ânodo, ou terminal negativo, enquanto o oxigênio é alimentado ao cátodo, ou terminal positivo.
- No ânodo, os átomos de hidrogênio são separados em prótons (carga positiva) e elétrons (carga negativa).
- Os prótons passam pela ponte da membrana do eletrólito em direção ao cátodo, enquanto os elétrons seguem um caminho diferente para gerar eletricidade.
- Os prótons e elétrons se encontram no cátodo, onde se combinam com o oxigênio, gerando eletricidade, com calor e água como subproduto.
As células de combustível de hidrogênio são limpas, mas menos potentes do que as baterias químicas e de combustão, portanto, para criar eletricidade suficiente para alimentar máquinas, veículos ou outros itens eletrônicos, muitos combustíveis de hidrogênio são empilhados juntos.
Baterias vs. células de combustível de hidrogênio: as diferenças
Eficiência
Atualmente, as baterias tradicionais são mais eficientes do que as células de combustível de hidrogênio, pois fornecem mais energia. Esta é uma das principais razões pelas quais os principais fabricantes de veículos elétricos, como Tesla e BYD, continuam a usar baterias em seus processos de fabricação. No entanto, com investimento e pesquisa suficientes, isso pode mudar.
Apesar de sua menor eficiência, as células de combustível de hidrogênio são a melhor escolha para veículos maiores, incluindo caminhões e foguetes da NASA. A principal razão para isso é o peso.
Peso e tamanho
As baterias são pesadas e, quando empregadas em caminhões grandes de longo alcance ou outros veículos grandes, esse peso adicional pode “superar” os benefícios. As células de combustível de hidrogênio, por outro lado, são mais compactas e leves – com mais energia em menos massa. Isso significa que, quando empregados em veículos grandes, eles reduzem o peso e, assim, permitem uma maior autonomia. Para dar um exemplo, um caminhão com um alcance de 800 quilômetros reduziria seu peso em 2 toneladas se usasse células de combustível de hidrogênio em vez de baterias.
Toxicidade
As células de combustível de hidrogênio são a opção mais limpa, pois produzem apenas calor e água como subproduto e não contêm materiais tóxicos. As baterias, por outro lado, são notoriamente difíceis de descartar, com apenas 5% de baterias de íons de lítio sendo recicladas. As baterias têm componentes metálicos tóxicos, incluindo cobalto, níquel e manganês, que muitas vezes vazam para a terra em aterros sanitários e contaminam as fontes de água. Além disso, devido a uma vida útil curta de apenas cinco anos (ou menos se descarregada completamente ou não mantida), seria necessário produzir mais baterias do que células de combustível de hidrogênio.
Infraestrutura de recarga/reabastecimento
As células de combustível de hidrogênio não precisam ser recarregadas, elas precisam apenas ser reabastecidas. Isso significa que, em vez de esperar horas para recarregar uma bateria ou ter que trocá-la quando ela acabar, o usuário pode simplesmente reabastecer — o que leva 15 minutos. Além disso, como as células de combustível de hidrogênio requerem apenas hidrogênio e oxigênio, o reabastecimento é econômico. Um problema permanece na acessibilidade, no entanto, uma vez que o hidrogênio nem sempre é facilmente acessível. Isso pode ser algo que muda com o aumento da infraestrutura e do investimento.
Preço
Os custos de baterias e combustíveis de hidrogênio não são decididos apenas pelo preço, mas também pelos custos de manutenção, tempo de recarga/reabastecimento e outros fatores semelhantes. O custo de uma bateria, bem como de sua manutenção e/ou substituição permanece alto, enquanto seu tempo de recarga é longo. As células de combustível de hidrogênio, por outro lado, são bastante econômicas, com tempos de reabastecimento rápidos, além de serem mais leves e adequadas para viagens de longa distância. No entanto, o custo das matérias-primas envolvidas na criação desses combustíveis de hidrogênio, como a platina, é alto.
Baterias versus células de combustível de hidrogênio: qual é melhor?
Com a falta de infraestrutura para células de combustível de hidrogênio e a inovação ainda possível para as baterias, não se trata de saber qual é melhor agora, mas qual será melhor no futuro.
Atualmente, os combustíveis de hidrogênio são considerados a melhor opção para veículos maiores, como foguetes, trens, aviões, navios e até mesmo alguns veículos de construção. Isso se deve ao fato de serem mais leves, não exigirem longos tempos de carregamento e terem maior durabilidade do que as baterias. Graças à ausência de peças móveis, são também muito silenciosos – o que é ideal para viagens mais longas.
No entanto, para os veículos menores usados pela maioria da população, as baterias continuam sendo a opção preferida. Não se espera que carros, motos e vans viajem continuamente longas distâncias, o que significa que não requerem baterias enormes – o que significa menos peso e tempos de recarga mais baixos. No entanto, isso pode estar prestes a mudar, pois o hidrogênio se torna mais facilmente disponível na estrada e os principais fabricantes de automóveis, incluindo Toyota, Hyundai e Honda desenvolver carros movidos a célula de combustível de hidrogênio.
Conclusão
As baterias, e especialmente as baterias de íon-lítio, mantêm o primeiro lugar na fabricação de veículos elétricos hoje, no entanto, a dependência de minerais não renováveis significa o fim inevitável dessa fonte de energia. A tecnologia de célula de combustível de hidrogênio, embora ainda em desenvolvimento e atualmente mais cara do que as baterias de íon-lítio, é limpa, flexível e eficiência energética.
Graças a essas qualidades, juntamente com os objetivos dos governos globais de reduzir a dependência de combustíveis fósseis e reduzir as emissões, espera-se que os veículos movidos a hidrogênio substituam os VEs movidos a bateria em um futuro próximo. Aumentos no investimento e avanços na tecnologia significarão maior eficiência das células de combustível de hidrogênio, levando a uma avaliação projetada de mais de USD 131 bilhões até 2023, de apenas US $ 1.9 bilhão em 2021.
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