Bateria do futuro: química do estado sólido para células de alta energia
Novas abordagens de investigação para baterias ultraleves de lítio-enxofre
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As baterias de lítio-enxofre representam uma alternativa promissora aos sistemas convencionais de iões de lítio. Para ultrapassar os actuais obstáculos tecnológicos desta química celular, o Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS e os seus parceiros estão a investigar uma nova arquitetura celular que reduz o conteúdo do eletrólito e adapta a química do estado sólido. O seu objetivo é desenvolver conceitos práticos de células que combinem uma elevada densidade energética com um ciclo de vida melhorado e uma segurança reforçada. Dois projectos de investigação - o AnSiLiS, financiado pelo Ministério Federal Alemão da Investigação, Tecnologia e Espaço (BMFTR), e o TALISSMAN, financiado pelo programa Horizon Europe da UE - formam o quadro estrutural deste trabalho. O projeto tem por objetivo desenvolver uma célula de lítio-enxofre em estado sólido que forneça uma energia comparável e tenha um peso significativamente inferior ao das baterias actuais.
As células convencionais de lítio-enxofre apresentam ciclos de vida limitados porque os seus electrólitos líquidos promovem a formação de polissulfuretos solúveis. Estes subprodutos resultam em perdas de material e numa degradação acelerada da estabilidade do ciclo. Os investigadores do Fraunhofer IWS estão a procurar uma abordagem alternativa: a conversão direta do enxofre em sulfureto de lítio sólido num ambiente predominantemente de estado sólido, totalmente livre de eletrólito líquido. Os primeiros resultados laboratoriais sugerem que, no futuro, esta arquitetura pode tecnicamente atingir uma energia específica de mais de 600 watts-hora por quilograma com um comportamento estável de ciclo.
O Fraunhofer IWS desenvolve células de lítio-enxofre de alta energia com electrólitos sólidos e um design de célula escalável como parte do projeto AnSiLiS, com o objetivo de permitir futuras aplicações de mobilidade.
© Fraunhofer IWS/generated by AI
AnSiLiS: Desenvolvimento de materiais, simulação e integração de células
O projeto AnSiLiS centra-se no desenvolvimento de um cátodo composto de enxofre-carbono. Este será examinado em combinação com um ânodo fino de lítio-metal e um sistema de eletrólito híbrido em quantidade mínima. A TU Dresden e a Universidade de Jena exploram as interações electroquímicas entre o eletrólito e os materiais activos. O Helmholtz-Zentrum Berlin contribui com conhecimentos especializados em análise operando e tomografia 3D. As simulações de dinâmica molecular apoiam o processo de desenvolvimento celular, permitindo avaliações precisas da estabilidade e compatibilidade dos componentes em diferentes escalas.
TALISSMAN: Dimensionamento e validação industrial
O projeto da UE TALISSMAN acrescenta à investigação a escala industrial e a validação da aplicação. Coordenado pelo instituto basco CIDETEC, nove parceiros de Espanha, França, Itália e Alemanha estão a desenvolver duas gerações de células para aplicações de mobilidade eléctrica. Os seus objectivos incluem densidades de energia até 550 watts-hora por quilograma, a integração de electrólitos quase sólidos não inflamáveis e custos de produção inferiores a 75 euros por quilowatt-hora. A conceção da célula permanecerá compatível com as linhas de produção de baterias de iões de lítio existentes.
Todas as etapas de produção têm lugar no Centro de Tecnologia Avançada de Baterias (ABTC) do instituto, em Dresden. Esta instalação dispõe de uma linha flexível para o fabrico de eléctrodos, utilizando o revestimento clássico com lama ou DRYtraec, bem como corte a laser em ar seco, empilhamento multicamada, selagem térmica e formação, com a opção de envelhecimento cíclico. Combinada com análises e simulação de processos, esta configuração permite o desenvolvimento de células de ponta a ponta a partir de uma única fonte de origem. O Fraunhofer IWS fornece mais do que resultados à escala laboratorial - fornece demonstradores de aplicações próximas. Todas as células são submetidas a uma caraterização eletroquímica abrangente. Os parceiros da indústria aeroespacial, da tecnologia de drones e da electromobilidade beneficiam de um risco de desenvolvimento reduzido, de uma transferência de tecnologia acelerada e de uma produção de baterias economicamente viável. Densidades de energia superiores a 600 watthours por quilograma e custos específicos inferiores a 75 euros por quilowatt-hora estão ao nosso alcance.
Aplicações-alvo
A aviação, os sistemas aéreos não tripulados e os sistemas portáteis de armazenamento de energia exigem excelentes rácios de energia/peso. Os conceitos de células em desenvolvimento no AnSiLiS e no TALISSMAN respondem diretamente a estes requisitos. A combinação de materiais optimizados, análise aprofundada e desenvolvimento orientado para o processo abrirá caminho para as baterias de lítio-enxofre em aplicações onde as tecnologias convencionais atingem os seus limites. Espera-se que os protótipos funcionais validem o desempenho projetado nos próximos anos.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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