Um conceito que parecia inconcebível alguns anos atrás tornou-se realidade quando a Milwaukee Tool apresentou uma motosserra com desempenho superior ao de uma motosserra.

Acredite na minha palavra. Eu corri o Milwaukee contra uma marca popular de motosserras motorizadas, ambos empregando lâminas de 16 polegadas e cortando cinzas. O Milwaukee nunca parou, ou chegou perto disso, enquanto a serra motorizada zumbia. Se isso não é impressionante o suficiente, Milwaukee também acaba de lançar uma chave de impacto e uma rebarbadora que retira todas as ferramentas com fio ou pneumáticas, exceto as de tamanho industrial, para prateleiras empoeiradas. Vários fabricantes estão trabalhando para aumentar as capacidades de seus soldadores movidos a bateria para fundir aço de ½ polegada de espessura e operar por até uma hora entre as recargas.

Avanços em ferramentas sem fio são a ponta do iceberg do Titanic em avanços de bateria. A tecnologia promete tornar os tratores elétricos e caminhões uma realidade em um futuro próximo. Em 2020, você poderá recarregar sua picape no tempo que leva para beber um café, e então você dirigirá 300 milhas antes de precisar completar.

As baterias de íon de lítio (Li-ion) de hoje retêm mais do que o dobro da energia em peso e são 10 vezes mais baratas do que as primeiras baterias de íon de lítio introduzidas em 1991. As empresas estão fazendo grandes investimentos na fabricação de baterias, como a bateria Gigafactory de US $ 3,3 bilhões da Tesla em Nevada.

Isso preparou o terreno para um crescimento explosivo da capacidade recarregável, prometendo quadruplicar a capacidade da bateria nos próximos 10 anos. Você pode agradecer à química por um futuro em que os cabos e a combustão serão aposentados. Todas as baterias criam corrente ao liberar elétrons por meio de uma reação química que armazena ou libera uma corrente. Eles receberam seus nomes dos elementos usados ​​nessa reação, como a bateria de níquel-cádmio ou NiCd que agora se espalha pelas prateleiras das lojas depois de ser deixada de lado pelas unidades de íon-lítio mais eficientes.

O lítio se tornou o produto químico preferido no mundo das baterias de hoje porque recarrega mais rápido, mantém a carga por mais tempo, e tem uma vida mais longa. Uma inovação que promete o próximo grande avanço para as baterias de íon-lítio são os nanofios de ouro que servem como eletrodo. Esses fios são 1, 000 vezes mais fino do que um fio de cabelo humano e suporta centenas de milhares de cargas sem se degradar.

Além de íon-lítio para ar-lítio

O futuro das baterias pode ser visto em uma invenção da Universidade de Illinois e do Laboratório Nacional de Argonne em Chicago. Uma equipe de pesquisadores criou uma bateria que usa o oxigênio do ar para reagir com o lítio na bateria
eletrodo anódico. Outros pesquisadores “tentaram construir células de lítio-ar, mas eles falharam por causa do ciclo de vida ruim, ”Diz Larry Curtiss daquela equipe de pesquisa.

A equipe de pesquisa UIC-Argonne superou esses desafios usando uma combinação única de ânodo, cátodo, e eletrólito que evita a oxidação e o acúmulo de subprodutos que destroem a bateria. Esses avanços prevêem o desenvolvimento de baterias que durariam toda a vida não apenas do dispositivo (seja uma ferramenta ou caminhonete), mas também de células de energia que são uma fração do tamanho das baterias de íon de lítio de hoje, que recarregam muito mais rápido e produzem até 15 vezes mais potência.

Os cientistas da Toyota estão testando outra abordagem de íon-lítio envolvendo baterias de estado sólido que empregam condutores superiônicos de sulfeto que podem recarregar em apenas sete minutos. Esta abordagem funcionaria em temperaturas tão baixas quanto -22 ° F. e até 212 ° F.

Explorações sobre o uso de diferentes produtos químicos para armazenar energia prevêem a substituição do lítio por elementos como o sódio, silicone, alumínio, e magnésio. Por exemplo, uma empresa espanhola chamada Graphenano está explorando baterias de grafeno que podem oferecer aos veículos uma autonomia de até 500 milhas com uma única carga e um tempo de recarga de apenas alguns minutos. Esta bateria de grafeno (feita de grafite) também descarrega 33 vezes mais rápido do que as baterias de íon de lítio atuais, que atenderia melhor às necessidades de alta potência de tratores que consomem muita energia, combina, e caminhões.

Componentes da bateria

A BATERIA

Como qualquer outra bateria, uma bateria recarregável de íon de lítio (Li-ion) é feita de um ou mais compartimentos de geração de energia chamados células ou conjuntos de células. A tecnologia de íons de lítio usa uma estrutura de molécula especial que permite que a corrente flua tridimensionalmente em vez de através de camadas bidimensionais em uma célula. Os resultados são grandes aumentos na potência e no tempo de execução e na capacidade de executar ferramentas que consomem muita energia. A Milwaukee Tool também empregou uma nova geração de baterias individuais maiores, chamadas de 20700 células, para aumentar a capacidade de armazenamento de energia em até 12 amperes / hora, líderes do setor. Milwaukee já declarou suas intenções de mudar para uma unidade ainda maior, rotulado como 21700, que embala até 47% mais capacidade de energia.

Os conjuntos de células são reunidos em uma série e recebem energia (ao recarregar) ou descarregam energia através de um inovador chicote de metal sólido que reduz a resistência ao fluxo, proporcionando assim mais energia (até 50% a mais de fluxo elétrico do que os designs de bateria anteriores) para a ferramenta, além de minimizar a geração de calor (até 70%). Este chicote também tem muito menos probabilidade de quebrar se a bateria cair (em comparação com os chicotes de fios).

CONTROLES ELETRÔNICOS

Os cérebros das ferramentas movidas a íon de lítio são controles eletrônicos que residem na bateria e no motor. Os dois microprocessadores falam um com o outro para regular o fluxo de energia da bateria para a ferramenta. O controle eletrônico do motor sem escovas exige um fluxo maior de potência quando a ferramenta está sob carga e gerando mais torque. O controlador da bateria regula não apenas a quantidade de energia que ele libera para o motor, mas também a rapidez com que a bateria é recarregada.

MOTORES SEM ESCOVAS

A chave para gerar o crescimento fenomenal no trabalho gerado por ferramentas sem fio é o uso de motores sem escovas que eliminam as escovas de carvão e o comutador usado em motores com escovas. Nestes motores, as localizações dos ímãs e enrolamentos de cobre são invertidas. Em um motor sem escova, os ímãs estão no eixo do motor, e os enrolamentos de cobre da armadura são fixos e circundam esse eixo. O aumento de potência dos motores sem escova é possível porque os enrolamentos de cobre estão posicionados do lado de fora da configuração do motor, o que fornece espaço para torná-los maiores. Também, os motores sem escovas não têm o atrito e a queda de tensão que as escovas criam ao arrastar contra o comutador em rotação.

Avaliando o verdadeiro potencial de energia da bateria

A avaliação do potencial de energia de uma bateria foi confusa nos últimos anos, já que as classificações de tensão dispararam além das classificações comuns de 18 ou 20 volts. Mas as baterias de alta voltagem são necessariamente mais potentes?

Para responder a essa pergunta, você também precisa olhar para as horas de amp da bateria. “Amphoras são como avaliar o tanque de combustível de uma bateria, ”Explica Bob Hunter, avaliador de ferramenta para Madeira revista, Agricultura de Sucesso publicação irmã da revista.

Tensão mais alta nem sempre significa maior poder. A voltagem varia ligeiramente dentro das células individuais de uma bateria com base na quantidade de carga que mantêm. Eles podem produzir uma tensão mais alta em um estado de carga total do que baixa.

Da mesma forma, horas de amplificação mais altas não garantem que você obtenha o melhor tempo de execução.

Quando se trata de avaliar o potencial de energia de uma bateria, calcule seus watt-hora.

A equação para fazer isso é simples. Multiplique volts nominais por amperes-hora. O resultado são watt-hora.

Um exemplo disso seria uma bateria de 18 volts que fornece 12 amperes-hora de energia. Os watts-hora dessa bateria seriam 216 (18 × 12).

Outro guia altamente confiável para a energia da bateria é o trabalho realizado pela ferramenta que ela fornece medido em torque ou torque máximo. A verdadeira capacidade de torque é um reflexo da capacidade da bateria, bem como da qualidade do motor da ferramenta e dos controles eletrônicos que regulam esse motor e as funções da bateria.

Caminhões elétricos em desenvolvimento

Janeiro passado, o Workhorse Group revelou uma picape elétrica híbrida que acelera a 60 mph em 5,5 segundos devido aos seus 480 hp. motor híbrido. O Workhorse W-15 com tração nas quatro rodas faz jus ao nome de sua empresa, uma vez que é capaz de transportar um 2, Carga útil de 200 libras e gerando uma capacidade de reboque de 5, 000 libras. O W-15 foi “projetado para fazer qualquer coisa que um Ford F-150 pode fazer, ”Afirma o CEO da empresa, Steve Burns.

Workhorse está construindo 5, 300 dos caminhões este ano para vendas de frotas. Os pedidos dos consumidores começarão no início de 2019 para um caminhão que começa em US $ 52, 000 (apoiado por US $ 7, 500 créditos fiscais).

O pioneiro dos carros elétricos Elon Musk relata que sua empresa está prestes a lançar uma picape Tesla que terá tração nas quatro rodas com dois motores “com torque louco e uma suspensão que se ajusta dinamicamente para a carga, ”Orgulha-se do pioneiro do carro elétrico Musk.

Um semitruck totalmente elétrico não está longe do mercado, qualquer. Thor Trucks desenvolveu um semi elétrico que pode transportar 80, 000 libras de carga e viaje até 300 milhas com uma única carga (mostrado acima). As opções de trem de força para o caminhão variam de 300 a 700 HP. com torque total começando em 0 rpm. A empresa afirma que o Thor é 70% mais barato do que as semifinais a diesel. Uma frota limitada de caminhões de demonstração agora está disponível na empresa.

Reformulação radical da bateria

Os pesquisadores estão explorando diferentes composições químicas para aumentar a capacidade de carga elétrica das baterias de íon-lítio atuais.

BATERIA DE ÍON DE LÍTIO

Uma bateria de íon de lítio (Li-ion) compreende eletrodos anódicos e catódicos e um eletrólito mantido em uma parede de separação isolante composta de orifícios microscópicos. Em um estado carregado, os átomos de lítio são armazenados no eletrodo do ânodo. Quando a bateria se torna parte de um circuito fechado (ou completo), ele começa a descarregar. Isso faz com que uma reação de oxidação ocorra entre os átomos de lítio (no eletrodo anódico) e a solução eletrolítica, resultando em elétrons saltando dos átomos de lítio para criar íons de lítio. A solução eletrolítica apenas permite que os íons passem por ela para o eletrodo catódico, onde uma reação de redução cria energia. Carregar a bateria reverte esse processo.

BATERIA DE LÍTIO-ENXOFRE

Uma bateria criada a partir de lítio e enxofre (Li-S) tem o potencial de transportar cinco vezes mais energia por peso do que a bateria de íons de lítio. Em uma bateria Li – S, o eletrodo de óxido de metal é substituído por enxofre, que tem a capacidade de conter mais átomos de lítio, uma vez que cada átomo de enxofre se liga a dois átomos de lítio. O eletrodo de grafite é substituído por uma lasca de metal de lítio puro que tem uma função dupla tanto como eletrodo quanto como fornecedor de íons de lítio.

BATERIA DE LÍTIO-OXIGÊNIO

Essa abordagem puxa o ar para a bateria, onde o oxigênio atua como um eletrólito. Essas baterias de respiração oferecem uma enorme vantagem de peso sobre outras abordagens de bateria, uma vez que não precisam carregar um de seus ingredientes principais. Uma bateria de lítio-oxigênio (Li – O) pode, em teoria, armazenam energia tão densamente quanto um motor a gás, que é 10 vezes mais do que as baterias usadas nos carros de hoje. O desafio das baterias Li-O é que elas perdem capacidade de carga rapidamente a cada ciclo de recarga. Os pesquisadores estão explorando baterias respiratórias mais baratas baseadas em oxigênio-sódio

(Na-O). A bateria Na-O fornece apenas metade da densidade de energia do Li-O, mas ainda é cinco vezes mais poderosa do que as baterias de íon-lítio.

BATERIA DE ÍON DE MAGNÉSIO

Redesenhar os eletrodos nas baterias e substituir o lítio por íons mais pesados, como os oferecidos pelo magnésio, tem potencial, uma vez que os íons de magnésio carregam duas cargas elétricas cada contra a única carga carregada pelos íons de lítio. Mas o tempo de recarga e resposta de liberação é mais lento com baterias de íons de magnésio porque os íons de magnésio se movem muito mais devagar do que os íons de lítio.

Trator elétrico agora uma realidade

O sonho de tratores movidos a bateria se tornou realidade neste verão, quando um número limitado de Fendt modelo e100 Varios foi trabalhar em fazendas e municípios na Europa. Capaz de operar por até cinco horas com uma carga, o 67-hp. Vario usa uma bateria de íon de lítio de 650 volts. Mais, a bateria pode ser recarregada até 80% em apenas 40 minutos.

Fendt relata que o e100 foi projetado para alimentar implementos convencionais (via PTO ou hidráulica) e eletrificados. Espera-se que o e100 Varios não esteja disponível de maneira geral até 2019.

A AGCO (empresa-mãe da Fendt) não é a única empresa que está analisando seriamente os tratores elétricos. A John Deere revelou um protótipo totalmente elétrico em 2017 em uma feira de máquinas em Paris que produziu 174 cv.

Chamado SESAM (Fornecimento de Energia Sustentável para Máquinas Agrícolas), o protótipo Deere é baseado no chassi da série 6R da empresa equipado com dois motores elétricos. A bateria do SESAM oferece energia suficiente para alimentar o trator por até quatro horas. Deere estima que o trator está pelo menos três a quatro anos distante da produção comercial.

O fabricante alemão de motores fora de estrada Deutz também está em busca de potência elétrica. Essa empresa gastou recentemente US $ 117 milhões para implementar a estratégia E-Deutz. Os primeiros produtos desse investimento são esperados em cerca de dois anos.