As baterias modernas de íon-lítio com ânodos de grafite estão gradualmente se aproximando de seus limites, por isso os pesquisadores estão buscando maneiras de aumentar significativamente a quantidade de energia armazenada no mesmo peso da bateria. Um grupo de cientistas chineses conseguiu criar baterias de lítio-metal em formato de bolsa com uma energia específica de mais de 600 Wh/kg.
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Os resultados do estudo foram publicados na revista científica Nature Communications. Como observado pelo CarNewsChina, as baterias de íon-lítio produzidas em massa com ânodos de grafite já estão se aproximando de seu limite teórico de energia específica de aproximadamente 350 Wh/kg. Aumentos adicionais nesse valor também são importantes para veículos elétricos, mas a necessidade de fontes de energia mais leves e com maior capacidade é particularmente urgente na aviação.
As baterias de lítio-metal, que utilizam lítio metálico em vez do ânodo de grafite tradicional, são consideradas uma solução promissora. No entanto, a aplicação prática dessa tecnologia é atualmente dificultada pela necessidade de fornecer simultaneamente alta energia específica, vida útil suficiente e segurança. Em particular, essas células são propensas à decomposição acelerada do eletrólito e à formação de dendritos de lítio, especialmente quando operam em altas voltagens.
Pesquisadores chineses propuseram solucionar esses problemas utilizando camadas protetoras formadas na superfície dos eletrodos. Uma fina camada de revestimento no cátodo o protege contra danos sob alta tensão, enquanto uma camada protetora no ânodo de lítio metálico promove um transporte mais uniforme de íons de lítio e inibe a formação de dendritos, reduzindo os riscos associados. As substâncias necessárias para a formação das camadas protetoras são adicionadas diretamente ao eletrólito durante a fabricação da célula.
Os protótipos de baterias tipo pouch dos pesquisadores, com capacidade de 10 Ah e cátodos de três componentes com alto teor de níquel (NMC), atingiram uma energia específica de 550 Wh/kg.Após 180 ciclos de carga e descarga, as baterias retiveram aproximadamente 80% da sua capacidade inicial.
O uso de um cátodo com alto teor de manganês aumentou a energia específica para 603 Wh/kg. Isso representa aproximadamente uma vez e meia a mais do que as melhores baterias de íon-lítio disponíveis comercialmente. No entanto, a tecnologia ainda está em fase de pesquisa, e uma vida útil de 180 ciclos é muito curta para a maioria das aplicações de mercado de massa, portanto, pode levar algum tempo até que essas baterias apareçam em veículos elétricos ou aeronaves produzidos em larga escala.
Enquanto isso, a CATL, maior fabricante mundial de baterias de tração, também está explorando outros sistemas químicos promissores. A empresa já havia relatado trabalhos com baterias de lítio-ar, cuja energia específica teórica poderia atingir 12.000 Wh/kg, aproximando-as dos combustíveis líquidos de hidrocarbonetos.