Bateria sem ânodo duplica a autonomia dos veículos eléctricos
"Este trabalho representa um avanço significativo ao abordar simultaneamente questões de eficiência e tempo de vida em baterias de lítio metálico sem ânodo"
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Poderá um veículo elétrico viajar de Seul a Busan e voltar com um único carregamento? Poderão os condutores deixar de se preocupar com o desempenho da bateria mesmo no inverno? Uma equipa de investigação coreana deu um passo importante no sentido de responder a estas questões ao desenvolver uma bateria de lítio metálico sem ânodo que pode proporcionar quase o dobro da autonomia de condução utilizando o mesmo volume de bateria.
Uma equipa de investigação conjunta liderada pelo Professor Soojin Park e pelo Dr. Dong-Yeob Han do Departamento de Química da POSTECH, juntamente com o Professor Nam-Soon Choi e o Dr. Saehun Kim do KAIST, e o Professor Tae Kyung Lee e o investigador Junsu Son da Universidade Nacional de Gyeongsang, conseguiu atingir uma densidade de energia volumétrica de 1.270 Wh/L numa bateria de lítio metálico sem ânodo. Este valor é quase o dobro das actuais baterias de iões de lítio utilizadas em veículos eléctricos, que normalmente fornecem cerca de 650 Wh/L. O feito foi publicado como artigo de capa na revista Advanced Materials.
Uma bateria de lítio metálico sem ânodo elimina completamente o ânodo convencional. Em vez disso, os iões de lítio armazenados no cátodo movem-se durante o carregamento e depositam-se diretamente num coletor de corrente de cobre. Ao remover os componentes desnecessários, é possível dedicar mais espaço interno ao armazenamento de energia, tal como se fosse possível colocar mais combustível num depósito do mesmo tamanho. No entanto, esta conceção apresenta sérios desafios. Se o lítio se depositar de forma irregular, podem formar-se estruturas pontiagudas semelhantes a agulhas, conhecidas como dendrites, aumentando o risco de curto-circuitos e potenciais riscos de segurança. O carregamento e descarregamento repetidos podem também danificar a superfície do lítio, reduzindo rapidamente a vida útil da bateria.
Para resolver estes problemas, a equipa de investigação adoptou uma estratégia dupla que combina um hospedeiro reversível (RH) e um eletrólito concebido (DEL). O hospedeiro reversível consiste numa estrutura de polímero incorporada com nanopartículas de prata (Ag) uniformemente distribuídas, orientando o lítio para se depositar em locais designados e não aleatoriamente. Em termos simples, actua como um parque de estacionamento dedicado ao lítio, assegurando uma deposição ordenada e uniforme.
O eletrólito projetado aumenta ainda mais a estabilidade, formando uma camada protetora fina, mas robusta, composta de Li₂O e Li₃N na superfície do lítio. Esta camada funciona como uma ligadura na pele, impedindo o crescimento de dendritos nocivos e mantendo as vias abertas para o transporte de iões de lítio.
Quando combinado, o sistema RH-DEL apresentou um desempenho excecional. Com uma elevada capacidade de área (4,6 mAh cm-²) e densidade de corrente (2,3 mA cm-²), a bateria manteve 81,9% da sua capacidade inicial após 100 ciclos e atingiu uma eficiência Coulombiana média de 99,6%. Estes resultados permitiram à equipa atingir o recorde de densidade de energia volumétrica de 1270 Wh/L em baterias de lítio metálico sem ânodo.
É importante salientar que este desempenho foi validado não só em pequenas células de laboratório, mas também em baterias de tipo bolsa, que estão mais próximas das aplicações reais de veículos eléctricos. Mesmo com uma quantidade mínima de eletrólito (E/C = 2,5 g Ah-¹) e sob baixa pressão de pilha (20 kPa), as baterias funcionaram de forma estável. Isto demonstra um forte potencial para reduzir o peso e o volume das baterias, ao mesmo tempo que diminui os encargos de fabrico, melhorando significativamente a viabilidade comercial.
O Professor Soojin Park comentou: "Este trabalho representa um avanço significativo ao abordar simultaneamente questões de eficiência e tempo de vida em baterias de lítio metálico sem ânodo". O Professor Tae Kyung Lee acrescentou: "O nosso estudo demonstra que a conceção de electrólitos com base em solventes comercialmente disponíveis pode alcançar uma elevada mobilidade do ião de lítio e estabilidade interfacial".
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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