Mais energia com o mesmo peso: o Fraunhofer otimiza as células das baterias
A nova arquitetura de células visa facilitar às PME a criação da sua própria produção de células de bateria na Alemanha
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Em colaboração com parceiros do mundo da investigação e da indústria, o Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energia Solar (ISE) modificou a estrutura dos elétrodos das baterias, de modo a que as células possam armazenar mais 10 a 15 por cento de energia com o mesmo peso. Conseguiram-no ao mais do que triplicar a espessura do revestimento dos elétrodos das baterias — por exemplo, nas baterias de iões de lítio —, o que reduz simultaneamente o número de coletores de corrente na célula da bateria. A equipa de investigação implementou a nova arquitetura dos elétrodos em células tipo «pouch» de iões de lítio fabricadas através de processos padrão da indústria. Além disso, aplicaram com sucesso o conceito a células de bateria de iões de zinco e de iões de sódio.
«Normalmente, o ânodo e o cátodo — os dois elétrodos de uma célula de bateria — consistem em muitas camadas finas e alternadas de revestimento de elétrodo e coletores de corrente», explica o Dr. Oliver Fitz, líder do grupo de tecnologia de células de bateria no Fraunhofer ISE. «Conseguimos aumentar a espessura do revestimento do elétrodo dos 100 a 200 micrómetros, que eram o padrão anterior, para até 800 micrómetros, reduzindo assim significativamente o número de coletores de corrente necessários. Consequentemente, dispomos de muito mais espaço para o material ativo, o que aumenta a densidade energética em 10 a 15 por cento, dependendo do tipo e do design da bateria.» A equipa de investigação do Fraunhofer ISE validou inicialmente a nova arquitetura de elétrodos para baterias de iões de zinco, iões de sódio e iões de lítio de forma experimental, utilizando pequenas células de bateria em laboratório. No caso das baterias de iões de lítio, fabricaram também protótipos de células de bateria tipo «pouch» com a estrutura de elétrodos recentemente desenvolvida numa linha de produção semiautomatizada na moderna sala limpa do Laboratório de Materiais para Baterias e Produção de Células do Fraunhofer ISE. «O conceito de célula também pode ser facilmente adaptado a outras composições químicas de células», acrescenta Oliver Fitz.
Os elétrodos das baterias não contêm PFAS e são fabricados sem o uso de solventes tóxicos. A nova arquitetura das células foi desenvolvida a pensar na futura produção em massa: uma potencial linha de produção de elétrodos apresenta uma complexidade de processo significativamente menor em comparação com um sistema de revestimento a húmido de última geração. Consequentemente, os custos de capital são significativamente mais baixos. Os custos operacionais também são reduzidos devido aos menores requisitos de espaço e energia. Esta tecnologia abre, assim, a possibilidade, especialmente para as pequenas e médias empresas, de estabelecerem as suas próprias instalações de produção de células de bateria na Alemanha. Os resultados do projeto demonstram uma abordagem promissora para a futura industrialização desta nova arquitetura de elétrodos e células. A Helmut Hechinger GmbH & Co. KG apoia o consórcio de investigação como parceiro industrial e contribui com a sua experiência em fabrico. O fabricante de maquinaria acp systems AG — também parceiro do projeto — está a desenvolver o equipamento para o fabrico dos elétrodos. «Tendo começado como um fornecedor tradicional do setor automóvel, há muito que vínhamos a diversificar-nos para mercados, produtos e indústrias orientados para o futuro», explica Markus Duffner, CEO da Hechinger. «Por exemplo, já geramos mais de 30 por cento das nossas receitas na área da mobilidade elétrica. Se os próximos passos na ampliação da escala e na validação revelarem perspetivas promissoras tanto em termos de custos como de desempenho, poderemos explorar a industrialização. Vemos um grande potencial em Baden-Württemberg para a produção de baterias focada no armazenamento estacionário.»
«Num sistema energético neutro em termos climáticos, com fontes de energia flutuantes como a solar e a eólica, o armazenamento estacionário em baterias é uma componente essencial para cobrir os picos de consumo de eletricidade pela manhã e ao fim da tarde», afirma o Prof. Dr. Andreas Bett, diretor do Fraunhofer ISE. «Na Califórnia, por exemplo, os sistemas de armazenamento em baterias já fornecem a maior parte da eletricidade ao fim da tarde. A Alemanha faria bem em desenvolver capacidade de produção para satisfazer a crescente procura de baterias e, assim, criar valor no país. Se pudermos contribuir para isso, ficaríamos muito satisfeitos.»
«Esta tecnologia é o resultado de muitos anos de investigação no Fraunhofer ISE. Devemos o nosso sucesso em alcançar este marco de desenvolvimento, em parte, ao financiamento do BMWE, do BMFTR e do Ministério da Economia de Baden-Württemberg, bem como à colaboração de confiança com os nossos parceiros», afirma o Dr.-Ing. Daniel Biro, chefe do Departamento de Armazenamento de Energia Elétrica do Fraunhofer ISE.
A equipa de investigação desenvolveu o novo design de elétrodos e células no âmbito dos projetos «VORAN – Armazenamento inovador em baterias de iões de sódio para aplicações fixas e móveis» (com duração até junho de 2027), «INFAB – Baterias de iões de zinco para armazenamento de energia estacionária – Fabrico e montagem» (concluído) e «WinZIB2 – Sistema inovador de baterias de iões de zinco implantável a nível global» (concluído), em colaboração com os parceiros acp systems AG, Helmut Hechinger GmbH & Co. KG, o Instituto de Energia Fotovoltaica (ipv) da Universidade de Estugarda e o Instituto de Tecnologia de Karlsruhe/Instituto Helmholtz de Ulm. O Ministério Federal da Economia e da Energia (BMWE) financiou a investigação nos projetos VORAN e InFAB, enquanto o Ministério Federal da Educação e da Investigação (BMBF) financiou o projeto WinZIB2.
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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