Atualmente, os smartphones já podem ser recarregados com energia sem fio. No entanto, as baterias envelhecem rapidamente e a necessidade de energia é muito maior.
O carregamento indutivo consiste em transmitir energia para uma bateria sem a necessidade de contato por meio de fios e cabos. Muitos smartphones da nova geração já possuem essa característica. Para os usuários, a vantagem está no fato de que os padrões de conexões diferentes não são mais importantes, além disso, os plugs dos cabos não são mais prejudicados por conta da inserção e remoção frequente. Porém, isso é compensado por desvantagens conhecidas, como mais tempo de carregamento e maior consumo de energia. Pesquisadores da Universidade de Warwick descobriram evidências de que o carregamento indutivo também reduz a vida útil das baterias de íons de lítio.
Perdas de desempenho devido às temperaturas mais altas
Um dos principais problemas com o processo de carregamento sem fio é o calor residual. Tanto o carregador quanto o smartphone emitem energia térmica. Como os dois dispositivos estão em contato espacial próximo, a temperatura no telefone celular continua aumentando devido à condução de calor. No interior, a bobina do receptor está localizada perto das baterias para transferência de energia. Devido à carcaça encapsulada, dificilmente é possível dissipar o calor.
Esse processo tem consequências, segundo Svante Arrhenius (1859-1927), físico e químico sueco: a taxa de reação dobra a cada aumento de temperatura em 10 graus Celsius. Em uma bateria, os chamados filmes de passivação, isso é, camadas finas e inertes, que tornam as superfícies dos eletrodos menos reativas, desenvolvem-se mais rapidamente devido aos valores mais altos. Tais reações químicas aumentam irreversivelmente a resistência interna de uma célula, o que pode levar a perdas de energia e falhas. Além disso, os fabricantes de baterias de lítio definem de 50 a 60 graus Celsius como o limite superior para atender aos requisitos de segurança.
Experimentos no laboratório confirmam hipótese
Esses fatos conhecidos foram motivo suficiente para os pesquisadores da Universidade de Warwick fazerem alguns experimentos de laboratório. Eles compararam três cenários comuns – carregamento de cabo, indução correta e indução em caso de desalinhamento. Se os usuários colocarem o smartphone incorretamente na estação de carga, os componentes eletrônicos compensarão esse erro, aumentando a potência de transmissão ou ajustando a frequência de operação, o que leva a mais perdas de eficiência e aumenta a geração de calor. Os cientistas determinaram correntes e temperaturas e, usando a tomografia computadorizada, examinaram o dispositivo para detectar os pontos de acesso.
Para um telefone que foi carregado usando energia convencional, a temperatura média máxima não ultrapassou 27 graus Celsius dentro de três horas após o carregamento. Em contraste, a temperatura de um telefone carregado de maneira indutivo atingiu o pico de 30,5 graus Celsius, mas diminuiu gradualmente na segunda metade do tempo de carregamento. Nesse cenário, os cientistas posicionaram com precisão o carregador e o smartphone.
No caso de um carregamento indutivo desalinhado, o pico de temperatura foi de magnitude similar (30,5 graus Celsius), mas essa temperatura foi atingida mais cedo e durou muito mais tempo. A comparação é de 125 minutos nesse contexto, contra 55 minutos com um posicionamento correto. Devido à conexão de Arrhenius, portanto, é esperado um envelhecimento mais rápido das baterias, dizem os cientistas.
Perdas de energia durante o carregamento
Eles ainda relatam outra desvantagem do método indutivo. De acordo com suas medições, o consumo máximo de energia foi de 9,5 watts, caso o telefone e a estação de recarga estejam alinhados com precisão. Já o posicionamento incorreto aumentou o valor para 11,5 watts. À primeira vista, essas diferenças parecem pequenas. Mas como elas afetam milhões de smartphones, a perda de energia é enorme. O calor residual é o próximo problema. A temperatura média máxima do transmissor foi de 35,3 graus Celsius, isso é, dois graus a mais do que o posicionamento correto dos dispositivos.
Gerhard Ett, diretor de engenharia e inovação da EletroCell e especialista em sistema de armazenamento de energia renovável, participou do desenvolvimento desse sistema em 2006, junto com o Instituto Dante Pazzianesse, para o carregamento de marca-passo. “Essa é uma tecnologia que veio para ficar, porém ainda é um sistema que ainda precisa de muito desenvolvimento para ser aperfeiçoado. A Battery Management System (BMS) deve saber identificar o modelo da bateria que está sendo carregada e a forma de carregamento. Mais do que isso, ela deve saber controlar o carregamento monitorando a temperatura interna”, finaliza.
Agora é a hora de melhorar. Os especialistas já estão desenvolvendo soluções. Eles observam que as abordagens futuras podem reduzir essas perdas de transmissão e, assim, reduzir o aquecimento por meio de bobinas ultrafinas, frequências mais altas, uma eletrônica de acionamento otimizada, além de um design que impeça o posicionamento incorreto dos dispositivos.
