Baterias de estado sólido: desenvolvida uma poderosa alternativa às baterias de iões de lítio
Revolução através de ânodos de metais alcalinos líquidos
Os investigadores do Instituto Federal de Investigação e Teste de Materiais (BAM) desenvolveram uma abordagem inovadora para tornar as baterias de estado sólido mais potentes e adequadas para o uso quotidiano. O seu objetivo: baterias que carreguem mais rapidamente, durem mais tempo e sejam mais sustentáveis do que as baterias de iões de lítio convencionais. Um novo eletrólito sólido poderá abrir caminho a uma tecnologia de bateria pioneira.
É tudo uma questão da mistura certa. A equipa da BAM está a desenvolver electrólitos sólidos especiais baseados em super condutores iónicos de sódio (NASICON).
BAM
As baterias convencionais de iões de lítio atingiram os limites do seu desempenho: os seus ânodos, que são normalmente feitos de grafite, só podem armazenar uma quantidade limitada de iões. Os ânodos feitos de lítio puro ou de sódio, mais sustentável e mais barato, oferecem uma alternativa - podem aumentar a densidade energética até 40%. No entanto, para funcionarem em segurança, requerem um eletrólito sólido em vez de um líquido. Um dos principais problemas é que podem ocorrer perdas de contacto e vazios na interface entre o ânodo sólido e o eletrólito sólido, tornando a bateria inutilizável. Uma solução possível é um ânodo parcialmente líquido.
Revolução através de ânodos de metais alcalinos líquidos
"Num estudo, conseguimos demonstrar que um ânodo de metal alcalino líquido é cem vezes mais potente do que os ânodos de grafite convencionais", explica Gustav Graeber, especialista em materiais de baterias da Universidade Humboldt de Berlim e investigador convidado da BAM. "No entanto, atualmente, esta tecnologia só pode ser utilizada a 250 graus Celsius. O nosso objetivo é transferir as suas vantagens para a temperatura ambiente". Para o conseguir, a equipa de investigação está a experimentar aditivos de potássio que reduzem o ponto de fusão do ânodo. O desafio aqui é que muitos electrólitos sólidos comuns não são suficientemente estáveis quando expostos ao potássio.
Novo eletrólito sólido como tecnologia-chave
A solução poderá estar num eletrólito sólido especial baseado em supercondutores iónicos de sódio (NASICON). Estes materiais oferecem uma elevada condutividade iónica à temperatura ambiente e são quimicamente estáveis face ao potássio - especialmente quando dopados com háfnio. No entanto, o háfnio é raro e caro. No projeto NASICON, Graeber e a sua equipa interdisciplinar de especialistas da BAM estão, por isso, à procura de aditivos alternativos que sejam igualmente eficazes, mas mais sustentáveis e amplamente disponíveis. Os candidatos mais promissores estão a ser testados diretamente em baterias de sódio. "O nosso projeto de investigação é um passo decisivo em direção a baterias de alto desempenho que são mais sustentáveis, mais baratas e mais eficientes", diz Graeber. "As baterias de sódio de estado sólido poderão reduzir drasticamente os tempos de carregamento e melhorar significativamente o desempenho dos sistemas de armazenamento de energia móveis e estacionários - uma contribuição importante para a descarbonização."
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