Novos materiais para baterias feitos à medida
Materiais de bateria inovadores para armazenamento seguro e sustentável de energia
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As baterias têm de ser potentes, seguras e sustentáveis - ao mesmo tempo, têm de ser rentáveis na sua produção. Na InterBattery 2026, em Seul, o Instituto Fraunhofer de Investigação de Polímeros Aplicados IAP apresentará novos materiais para baterias da próxima geração. O foco será em electrólitos poliméricos feitos à medida, membranas e separadores, materiais de carbono de base biológica e catalisadores de alto desempenho - desenvolvidos para aplicações industriais ao longo de toda a cadeia de valor.
Os materiais determinam o desempenho e a segurança
Quer se trate de veículos eléctricos, de sistemas de armazenamento de energia fixos ou de eletrónica portátil, a densidade energética, a capacidade de carregamento rápido, a vida útil e a segurança de uma bateria são largamente determinadas pelos seus materiais. Os investigadores do Fraunhofer IAP, no Parque Científico de Potsdam, estão a desenvolver novos materiais para baterias feitos à medida e a reunir os seus conhecimentos em química de polímeros, processamento de membranas e separadores, desenvolvimento de materiais de carbono de base biológica e feitos à medida, produção de catalisadores e aumento de escala. "O objetivo é uma plataforma de materiais integrada - desde a síntese e aumento de escala até à produção e caraterização de protótipos. Apoiamos as empresas desde a ideia inicial até à transição para escalas maiores", afirma o Dr. Benjamin Heyne, diretor do departamento de Materiais Energéticos do Fraunhofer IAP.
Electrólitos sólidos como alternativa
As baterias convencionais são predominantemente baseadas em electrólitos líquidos, que apresentam riscos de segurança em caso de danos e são limitados na sua gama de temperaturas. O Fraunhofer IAP está, por isso, a desenvolver electrólitos de polímeros sólidos. Estes permitem um transporte eficiente de iões, são mecanicamente estáveis, não voláteis e oferecem melhores propriedades térmicas. Alguns dos sistemas desenvolvidos já atingem condutividades iónicas elevadas de >10-4 S/cm à temperatura ambiente. As propriedades mecânicas, térmicas e electroquímicas podem ser ajustadas com precisão através de modificações moleculares específicas. Os materiais são compatíveis com vários sistemas de baterias, incluindo baterias de iões de sódio, zinco-ar e iões de lítio. Para além dos electrólitos de polímeros puros, estão também a ser criados electrólitos compostos de polímeros, combinando componentes orgânicos e inorgânicos. Isto permite uma maior otimização da condutividade, estabilidade e segurança. Estão também a ser desenvolvidos cátodos compostos de polímeros. Isto envolve a combinação de um material catódico, como o fosfato de sódio e vanádio (NVP), com a matriz polimérica. Uma vez que é utilizada a mesma matriz polimérica que no eletrólito polimérico, podem ser evitadas as resistências de interface entre o cátodo e o eletrólito polimérico sólido. Ambas as camadas ligam-se melhor e, no caso ideal, podem até ser ligadas covalentemente uma à outra.
Membranas e separadores sem PFAS
As membranas e os separadores desempenham um papel fundamental na segurança e funcionalidade das baterias. Separam os eléctrodos uns dos outros e permitem o transporte seletivo de iões. O Fraunhofer IAP desenvolve separadores química e mecanicamente estáveis com uma arquitetura de poros especificamente ajustável. O tamanho e a porosidade dos poros podem ser adaptados a requisitos específicos. Há um foco especial em soluções livres de PFAS, uma vez que estas substâncias pouco degradáveis estão a ser alvo de críticas crescentes. Os materiais sem PFAS facilitarão a aprovação de novos sistemas de baterias no futuro. Não são apenas mais amigos do ambiente, mas também mais potentes e duradouros. "Os nossos materiais podem ser integrados nos processos de produção existentes e, ao mesmo tempo, contribuem para uma maior estabilidade e ciclabilidade das células", explica o Dr. Murat Tutus, diretor do departamento de Membranas e Separadores do Fraunhofer IAP.
Materiais de carbono de base biológica e catalisadores sem elementos críticos
O Fraunhofer IAP desenvolve materiais de carbono de base biológica para eléctrodos a partir de matérias-primas renováveis como a celulose e a lignina. Para além das vantagens económicas e ecológicas, oferecem também uma vasta gama de possibilidades para a formação de estruturas. Durante a produção de precursores e a carbonização, propriedades como a estrutura dos poros, a área de superfície específica, a condutividade eléctrica e térmica, a pureza química e a funcionalização podem ser especificamente ajustadas. Isto permite que as estruturas dos eléctrodos sejam optimizadas, que novas funções sejam integradas e que as matérias-primas fósseis sejam parcialmente substituídas.
No domínio dos catalisadores, o objetivo é reduzir significativamente a utilização de elementos críticos, assegurando simultaneamente uma elevada atividade catalítica e estabilidade a longo prazo. O tamanho das partículas, a química da superfície e as propriedades estruturais são controlados com precisão para permitir processos industriais reproduzíveis. "A chave é o facto de podermos ajustar com precisão a estrutura e a superfície. Isto resulta em materiais com propriedades definidas que são escaláveis e podem ser integrados de forma fiável nos processos de fabrico industrial", afirma o Dr. Christoph Gimmler, diretor do departamento de Energia em Nanoescala e Materiais Estruturais do Fraunhofer IAP.
Do desenvolvimento à aplicação
Os materiais encontram-se atualmente numa fase avançada de desenvolvimento. Estão disponíveis amostras funcionais à escala laboratorial e estão em curso os primeiros testes em células de bateria completas. As actividades estão também ancoradas no Grupo de Trabalho sobre Desenvolvimento de Materiais para Armazenamento e Aplicações de Energia (AK-MEA). A transferência para escalas de produção maiores está a ser realizada em estreita cooperação com parceiros industriais. No InterBattery, o instituto procura especificamente envolver-se com parceiros internacionais para o desenvolvimento conjunto de catalisadores inovadores e de alto desempenho, materiais condutores de iões e sistemas de membranas para aplicações em baterias e hidrogénio. Com os seus desenvolvimentos, o Fraunhofer IAP contribui para tornar as baterias mais seguras, mais duradouras e mais sustentáveis - e permite que os clientes atinjam um tempo de colocação no mercado mais rápido.
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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