A onda de frio rigoroso nos Estados Unidos no mês passado colocou os motoristas de veículos elétricos (EVs) em uma situação difícil, forçando-os a esperar por horas em filas nas estações de carregamento; alguns ficaram até mesmo presos quando suas baterias se esgotaram enquanto aguardavam na fila.
As baterias de íon de lítio recarregáveis, que alimentam a maioria dos EVs, têm um desempenho inferior no frio, levando cientistas e fabricantes de automóveis ao redor do mundo a procurar soluções desesperadamente. Essas soluções incluem modelos de computador mais sofisticados para garantir o desempenho ideal e baterias mais resistentes que mantêm os carros em funcionamento — e seus motoristas seguros — seja sob frio congelante ou calor escaldante.
Esses aprimoramentos visam superar barreiras significativas para a revolução dos EVs prometida. A administração de Biden está trabalhando para aumentar o número de carros elétricos em um esforço ambicioso para cortar as emissões de gases de efeito estufa, com a esperança de que os EVs constituam metade de todos os novos veículos vendidos nos EUA até 2030 (a partir de aproximadamente 8% das vendas de carros no primeiro semestre de 2023).
Mas incidentes recentes, como a paralisação de carros em Chicago, mostram como a tecnologia atual dos elétricos pode falhar à medida que o clima se torna ainda mais extremo: as mudanças climáticas continuam a elevar as temperaturas globais médias, mas isso interrompe padrões que há muito regulam o clima do planeta — assim, o aquecimento geral pode introduzir ondas de frio ainda piores.
Entendendo as Limitações Atuais
“O frio extremo introduz riscos de segurança para o carregamento de baterias,” diz Paul Gasper, cientista da equipe de Armazenamento de Energia Eletroquímica do Laboratório Nacional de Energia Renovável.
Geralmente, considera-se que as baterias de íon de lítio são seguras para uso em uma faixa de temperatura relativamente estreita — entre cerca de 0 a 60 graus Celsius, mas as estimativas variam. Quando a temperatura cai para -7 graus Celsius, o alcance médio de condução de um EV cai 12% em comparação com seu alcance a 24 graus Celsius, conforme encontrado pela Associação Americana de Automóveis em 2019. Para entender o motivo, precisamos mergulhar na química que alimenta a bateria de um automóvel elétrico.
Quando as baterias dos EVs estão sendo carregadas, íons de lítio que carregam carga viajam através de um eletrólito líquido de uma extremidade de cada célula da bateria para outra (entre o cátodo positivo e o ânodo negativo). Então, à medida que os carros esgotam a energia armazenada na bateria durante a condução, os íons se deslocam na direção oposta.
Se uma bateria esfria (durante uma onda de frio, por exemplo), a “estrada líquida” entre o ânodo (polo negativo) e o cátodo (polo positivo) engrossa, desacelerando os íons. Isso significa que baterias mais frias podem levar mais tempo para carregar e podem perder essa carga mais rapidamente do que em temperaturas mais amenas.
Carregar carros quando está abaixo de 0 graus Celsius pode fazer com que íons de lítio se acumulem na superfície do ânodo porque as partículas não conseguem se mover rapidamente o suficiente. Esses aglomerados de íons, referidos como plating, podem fazer com que a bateria cause curto-circuito e até provoque uma explosão. (Ainda assim, os carros elétricos raramente pegam fogo em comparação com os carros a gasolina, e os pesquisadores estão estudando designs de baterias que se extinguem.)
Além disso, todo o sistema de um carro elétrico trabalha mais para aquecer as coisas. Seu sistema de gerenciamento térmico, que regula a temperatura da bateria, motor elétrico e outros componentes, também drena a carga. E quando o motorista liga o aquecimento da cabine, a bateria deve alimentar o sistema HVAC e outros dispositivos, como o desembaçador e aquecedores de assento.
Carros a gasolina com motores de combustão interna também sofrem com o frio; sua economia de combustível diminui cerca de 15% a -7 graus Celsius, comparado com o que obteriam a 25 graus Celsius, de acordo com o Departamento de Energia dos EUA. Mas a perda equivalente para um EV pode atingir 39% a -7 graus Celsius.