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Técnica

Os ultracapacitores poderão substituir as baterias nos supercarros elétricos e híbridos?

Ainda há muitos motores V12 por aí. Você pode encontrá-los na Mercedes, na BMW, na Aston Martin, Ferrari, Lamborghini, na Rolls-Royce e, se não fizer questão de um V simples, pode usar o duplo-V da Bentley. Mas essa grande oferta, muito provavelmente estimulada pela demanda (afinal é assim que funciona o mercado) não significa que o futuro deles está garantido.

A Mercedes já sinalizou que deve substituir seus V12 biturbo por versões mais potentes do V8 biturbo combinadas a motores elétricos. A BMW também não dá sinais de que irá se esforçar para mantê-los vivos. Quando questionada sobre a permanência dos V12, a fabricante se limitou que eles continuarão usados ao menos até 2023, que deverá ser o último ano da atual geração da Série 7. A resposta soa como uma forma positiva de dizer que os motores V12 deixarão de ser usados após essa data — especialmente se a parceria entre BMW e JLR vingar.

As fabricantes de esportivos já se comprometeram a mantê-lo enquanto for possível. Em um segmento no qual a demanda por V12 é praticamente permanente, o problema serão as restrições legais às emissões e aos níveis de ruído. Ferrari e Lamborghini já adiantaram sua primeira opção: powertrains híbridos combinados a V12 aspirados.

Quem deu o primeiro passo foi a casa de Sant’Agata Bolognese, que apresentou na semana passada o Lamborghini Sián, seu primeiro híbrido produzido em série — antes dele, a marca há havia produzido o conceito Asterion, que nunca chegou à linha de produção.

À primeira vista o Sián não tem nenhuma grande novidade em relação aos demais modelos híbridos. Em 2013, por exemplo, Ferrari e McLaren já tinham o mesmíssimo arranjo do Sián: um motor elétrico ensanduichado pelo motor a combustão e pelo transeixo. Contudo, a grande inovação do Sián talvez tenha passado despercebida: a alimentação do motor elétrico não é feita por uma bateria, mas por um conjunto de supercapacitores. É por isso que o conjunto elétrico pesa pouco mais de 30 kg: a única bateria do carro é uma bateria de 12 volts comum, instalada na dianteira para o sistema elétrico comum do carro (painel, faróis, retrovisores, travas etc).

Capacitor de fluxo: permite a viagem no tempo

Os supercapacitores já estão por aí há algum tempo. Eles são um meio-termo entre os capacitores convencionais e as baterias. Comparados aos capacitores convencionais, eles têm maior capacidade de armazenamento como as baterias, ainda que não consigam fornecer energia por tanto tempo quanto uma bateria.

Antes de continuar, precisamos explicar o que é um capacitor. Trata-se de um componente armazenador de cargas elétricas por meio de eletrostática, em vez de usar reações físico-químicas como as baterias. A corrente elétrica é, de modo simples, o fluxo de elétrons de um polo ao outro do campo elétrico. Como a bateria, o capacitor tem um polo negativo e um polo positivo, mas entre estes polos, em vez de uma solução química, há duas placas condutoras isoladas e sem contato uma com a outra, que ao receberem a corrente elétrica, mantêm um campo elétrico entre si. Ou seja: eles retêm a carga elétrica.

Quando isso acontece, dizemos que os capacitores estão carregados. Para usar a energia armazenada, é preciso descarregá-los com uma variação de tensão — a diferença de potencial diminui e ele começa a liberar a carga que armazenou. Aqui aparece uma das principais diferenças dos capacitores em relação às baterias: a liberação de energia acontece de forma muito rápida, o que significa que seu fornecimento de energia não dura tanto tempo quanto o de uma bateria.

Para solucionar este problema surgiram os supercapacitores, ou ultracapacitores. Eles são sistemas que combinam elementos de capacitores e baterias, mas são diferentes de ambos. Como uma bateria, um ultracapacitor tem eletrodos positivos e negativos separados por um eletrólito. Mas, diferentemente das baterias, eles armazenam a energia por eletrostática como um capacitor, e não por uma reação físico-química.

Também como um capacitor convencional, o ultracapacitor tem um isolante em seus eletrodos, que os separa do eletrólito. Essa estrutura permite que os ultracapacitores tenham uma densidade de armazenamento muitíssimo maior que a dos capacitores convencionais. Como comparação, um capacitor comum tem sua capacitância medida em microfarads (ou nanofarads), enquanto os ultracapacitores já têm capacitância medida em farads, o que significa uma capacidade ao menos 1 milhão de vezes maior.

Mesmo assim, eles ainda armazenam menos energia que uma bateria de mesmo tamanho. Sua principal vantagem está no tempo de utilização da energia. Como não é necessário ocorrer uma reação química, a energia é liberada mais rapidamente. Além disso, não há degradação pelos ciclos de carga e descarga como nas baterias, justamente por não ocorrer mudanças químicas ou físicas. Enquanto baterias duram entre 2.000 e 3.000 ciclos, os capacitores podem chegar a um milhão de ciclos.

Essa capacidade de reter menos energia que as baterias (menor densidade de energia) é o principal motivo pelo qual os supercapacitores não podem ser usados como fonte de alimentação dos carros elétricos. Ou melhor, até podem, mas não seriam ideais devido à baixa autonomia.

Os capacitores, por outro lado, têm uma alta densidade de potência. Sua descarga rápida é ideal para situações que demandam uma quantidade elevada de energia em um curto período de tempo. Como no modo Ludicrous dos Tesla, ou no overboost do Lamborghini Sián. Daí a opção por supercapacitores. Aliás, você deve lembrar que o modo Ludicrous não faz mais de duas ou três arrancadas, certo? É porque os capacitores não têm densidade de energia para muito mais que isso.

Há outras vantagens dos ultracapacitores, contudo: eles são menos tóxicos que baterias, o que facilitaria seu descarte e reciclagem. Eles também operam em uma maior amplitude térmica que as baterias, podendo funcionar entre – 40 e 65 graus Celsius, e podem ficar mais tempo armazenados sem perder carga ou sem serem usados. Alguns chegam a 15 anos sem alteração em sua capacidade de armazenamento de carga.

Apesar de ainda serem inferiores às baterias para proporcionar autonomia, eles deverão ser cada vez mais usados nos carros elétricos e híbridos para as funções de overboost ou modos de condução esportivo, como no Lamborghini Sián, no Tesla Model S.

Atualmente, há um estudo sobre ultracapacitores de grafeno que pode mudar esta história em um futuro não muito distante. Segundo a pesquisa das universidades de Rice e Queensland, na Austrália, o ultracapacitor de grafeno poderia, em tese, armazenar a mesma quantidade de energia de uma bateria de íons de lítio, sem perder a capacidade de recuperar sua carga rapidamente. Com isso, os carros elétricos poderão manter sua autonomia, porém com um tempo de recarga não muito maior que o de reabastecimento de um tanque de combustível.