Uma equipe de pesquisadores da Coreia do Sul introduziu um condutor híbrido para baterias de metal-lítio com alta densidade de energia. A criação de ânodos de bateria baseados nele não apenas aumentará sua capacidade, mas também os tornará várias vezes mais leves que os análogos modernos. Isso poderia reescrever as regras do jogo no mercado, acreditam os inventores.
Fonte da imagem: Ciência Avançada
Como cientistas do Departamento de Química da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang (POSTECH) e do Instituto Coreano de Pesquisa Energética (KIER) relataram em seu artigo na revista Advanced Science, a nova estrutura tridimensional leve do material anódico facilita muito o transporte de íons de lítio.
O professor Soojin Park da POSTECH, enfatizando a importância do trabalho, disse: “Esta pesquisa abre novas oportunidades para maximizar a densidade de energia das baterias de lítio metálico”. Seu colega, Dr. Gyujin Song, da KIER, acrescentou: “Esta estrutura, combinando leveza com alta densidade de energia, representa um avanço na futura tecnologia de baterias”.
Não é nenhum segredo que os ânodos de metal de lítio são capazes de atingir uma capacidade energética de 3860 mAh/g, que é mais de dez vezes mais do que os ânodos de grafite produzidos atualmente. Isso permite que os ânodos metálicos de lítio armazenem mais energia em um espaço menor e, diferentemente do grafite ou do silício, possam participar diretamente de reações eletroquímicas como eletrodos.
Outra coisa é que durante o processo de carga e descarga dessas baterias, ocorre uma distribuição desigual dos íons de lítio, o que cria zonas conhecidas como “lítio descarregado”, o que reduz a capacidade e o desempenho da bateria. Além disso, o lítio pode acumular-se em forma de agulhas no interior da bateria, provocando curtos-circuitos. De muitas maneiras, esses obstáculos podem ser superados, mas até agora os ânodos eram criados com base em metais relativamente pesados, e isso reduzia bastante a capacidade em relação ao peso das baterias.
Para resolver este problema, cientistas coreanos desenvolveram uma estrutura porosa híbrida utilizando álcool polivinílico, um polímero leve e com alta capacidade de transporte de íons de lítio. Nanotubos de carbono de parede única e esferas de nanocarbono foram usados em combinação com o polímero, tornando o material extremamente poroso. A estrutura proposta revelou-se cinco vezes mais leve que os ânodos de cobre. Além disso, garantiu a maior mobilidade dos íons de lítio e sua distribuição uniforme sem “zonas mortas”.
Em experimentos, as baterias de ânodo de metal de lítio que incorporam uma estrutura tridimensional inovadora demonstraram alta estabilidade após mais de 200 ciclos de carga-descarga e alcançaram uma alta densidade de energia de 344 Wh/kg. Os protótipos de baterias foram criados na forma de “bolsas” – um formato típico para um conjunto de baterias de carros de tração, o que sugere sutilmente o escopo de uso potencial do desenvolvimento.