Bateria de lítio depenada dá 630 km de autonomia

Por Redação do Site Inovação Tecnológica – 7 de outubro de 2022 – O substrato condutor de íons faz a bateria funcionar recebendo e liberando íons de lítio durante o carregamento e descarregamento. Imagem: POSTECH

Bateria de grande autonomia

Engenheiros coreanos “depenaram” uma bateria de íons de lítio, arrancando dela o ânodo, o eletrodo positivo, dando à bateria uma capacidade de carga nunca antes alcançada.

A bateria sem ânodo atingiu uma densidade volumétrica de energia de 977 watts por litro (Wh/L), o que é 40% maior do que as baterias de íons de lítio disponíveis no mercado, que ficam ao redor dos 700 Wh/L.

Isso significa que, equipando um veículo elétrico, uma bateria com essa arquitetura pode durar 630 km com uma única carga, superando a autonomia da maioria dos veículos a combustão.

Bateria sem ânodo

O funcionamento normal de uma bateria geralmente degrada a estrutura dos materiais do ânodo, à medida que os íons de lítio fluem, entrando e saindo do eletrodo durante os repetidos ciclos de carregamento e descarregamento.

É por isso que a capacidade da bateria diminui com o tempo.

Já se sabia que, se fosse possível carregar e descarregar apenas com um coletor de corrente anódico – sem materiais anódicos – a densidade de energia – que determina a capacidade da bateria – aumentaria.

No entanto, esse método sempre apresentou uma fraqueza crítica, um aumento significativo do volume do ânodo, que incha porque não há armazenamento estável de lítio no ânodo, reduzindo o ciclo de vida da bateria.

Para resolver esse problema, Sungjin Cho e seus colegas da Universidade de Ciência e Tecnologia Pohang usaram um eletrólito líquido à base de carbonato, já bem conhecido, mas adicionaram um substrato condutor de íons.

O substrato não apenas forma uma camada protetora do ânodo, como também ajuda a minimizar o inchamento do eletrodo.

Ele é composto pelo polímero polietilenoimina, prata, sal de lítio e negro de fumo, tudo aplicado na superfície de um coletor de corrente de cobre.

O protótipo manteve uma elevada capacidade (4,2 mAh cm^-2) e alta densidade de corrente (2,1 mA cm^-2) por um longo período no eletrólito líquido à base de carbonato.

Uma aferição após os testes comprovou que o substrato de fato armazena o lítio, evitando o inchamento.

Bateria de estado sólido

E a equipe já deu um passo adiante, usando sua arquitetura para construir uma célula de estado sólido, uma nova geração de baterias que substitui os eletrólitos líquidos, colocados entre o ânodo e o cátodo, por eletrólitos sólidos, eliminando de vez o risco de incêndio e explosão.

Nesta segunda demonstração, a equipe usou como eletrólito sólido a argirodita, um mineral da classe dos sulfetos.

Segundo os pesquisadores, isto pode ser o passo definitivo que faltava para levar essa nova geração de baterias para o mercado.

Bibliografia:

Artigo: Highly Reversible Lithium Host Materials for High-Energy-Density Anode-Free Lithium Metal Batteries
Autores: Sungjin Cho, Dong Yeon Kim, Jung-In Lee, Jisu Kang, Hyeongseok Lee, Gahyun Kim, Dong-Hwa Seo, Soojin Park
Revista: Advanced Functional Materials
DOI: 10.1002/adfm.202208629