O poder dos supercondensadores

O futuro do armazenamento de energia em veículos elétricos pode não passar pela tecnologia eletroquímica.

Elon Musk, CEO da Tesla tem afirmado que as baterias eletroquímicas são uma tecnologia do século passado e que os supercondensadores serão o futuro.

Estes conseguem entregar 95% da energia que armazenam.

Ainda que atualmente estes elementos apresentem uma baixa densidade de energia (30 Wh/kg) prevê-se que, com recurso à nanotecnologia o futuro desta solução tenha novos desenvolvimentos como demonstrado pela Lamborghini que já a utiliza um supercondensador com 10 vezes mais capacidade do que o usado no Aventador, no Sian, um híbrido sem bateria em que o motor V12 debita 785 cv às 8500 rpm.

Para além da superior capacidade este elemento é três vezes mais potente do que uma bateria de peso idêntico e três vezes mais leve que uma bateria de igual potência.

Estes dados mostram bem o potencial deste sistema de armazenamento e por isso tem convocado outros atores como a Mazda que o utiliza no seu sistema i-ELOOP.

Simples e eficaz

Também conhecido por supercaps (uma derivação do termos em inglês, supercapacitor) estes elementos há muito conhecidos dos circuitos eletrónicos têm a propriedade de armazenar pequenas quantidades de energia.

A sua construção e o seu funcionamento são muito simples, trata-se de dois elétrodos capazes de armazenar uma carga elétrica e separados por um material isolante.

Quando se aplica uma tensão elétrica entre os elétrodos, o condensador carrega-se até ao nível da tensão aplicada.

Uma vez interrompida a fonte de tensão, a energia armazenada mantém-se até que feche o circuito e nessa altura produz-se uma descarga através da resistência correspondente.

Essa resistência, por exemplo, pode ser a lâmpada de um flash de fotografia.

Como as quantidades de energia implicadas são muito pequenas, os condensadores convencionais são pouco úteis como um sistema de armazenamento de energia.

Um aspeto em que os condensadores são imbatíveis é na possibilidade de carregarem e descarregarem quase instantaneamente milhões de vezes sem que se degradem ou envelheçam.

Os supercondensadores ou supercaps são um novo tipo de condensadores otimizado para armazenar maiores quantidades de energia que os condensadores convencionais.

Uma otimização que consiste em modificar a sua construção de forma a conseguir-se a máxima superfície no mínimo volume possível.

Numa primeira fase usou-se carvão ativado e mais recentemente um composto especial conhecido por MOF (Metal Organic Frameworks).

Este composto que é mais poroso que que o carbono triplicar a superfície de carga. É essa técnica que a Lamborghini usa no Sian e que duplica a densidade de energia dos melhores supercaps conhecidos até então.

Não substituem as baterias

Apesar de todos os avanços a densidade energética desta nova geração de supercaps não é comparável a uma bateria de iões de lítio (dez vezes inferior) ainda que a densidade de potência seja sete vezes superior!

Estas diferenças impedem que sejam usadas para substituir uma bateria num veículo 100% elétrico.

Para termos uma ideia dessa discrepância tínhamos de construir um banco de condensadores cinco vezes mais pesado e dez vezes mais volumoso que uma bateria de carro elétrico médio.

No caso de um Tesla ou de um Porsche Taycan estaríamos a falar de um dispositivo de armazenamento de 3 toneladas de peso e que ocuparia um espaço que ultrapassariam as dimensões de cada um dos modelos.

Depois de começarem a ser aplicados em sistema de stop/start e micro-híbridos os supercaps têm vinda a ter um papel relevante nos carros elétricos de caraterísticas desportivas como um sistema complementar e de certa forma protetor das baterias.

Isto porque os carros elétricos mais potentes e consequentemente mais pesados começam a ter um problema grave ao terem de suportar intensidades de descarga (nas acelerações mais intensas) e de carga (durante a travagem regenerativa) muito elevadas capazes de acelerar a sua degradação por via do sobreaquecimento que ocorrem nessas situações.

Potências mais elevadas

Para termos uma ideia da grandeza dessa situação basta ter em conta que uma aceleração dos 0-200 km/h ou uma travagem mediante regeneração a essa velocidade causaria um pico de potência na bateria da ordem dos 700 kW durante 5 segundos, um valor altíssimo que a repetir-se com frequência degrada a bateria, mesmo quando esta conta com um sistema de refrigeração mais eficiente.

É nessas situações que os supercaps podem dar uma ajuda preciosa ao encarregarem-se de absorver e devolver essas prestações explosivas poupando a bateria.

Uma ajuda que permite usar baterias mais pequenas e ligeiras sem perder prestações de ponta, pois os supercaps encarregam-se de assegurar durante poucos segundos as potências máximas anunciadas por alguns modelos como 644 cv do Audi RS e-tron GT, ou os 1000 cv de um Tesla Model S Plaid e sem que isso penalize muito o peso dos carros.

Não é por acaso que a Tesla terá feito um acordo com a Maxwell Technologies, seguramente o melhor fabricante de supercaps.