Cientistas americanos querem aumentar 10 vezes a capacidade das baterias de lítio usando fósforo vermelho

Cientistas do Laboratório Nacional de Argonne fizeram progressos no desenvolvimento de uma bateria de íons de lítio com maior capacidade. O novo desenvolvimento promete aumentar em dez vezes a capacidade de energia do material do ânodo e levar ao surgimento de baterias mais espaçosas do que hoje.

As modernas baterias de íon de lítio usam um ânodo de grafite. É um material estável à bateria. Ele não quebra, mesmo após 1000 ciclos de carga e descarga, embora cada um desses ciclos seja acompanhado pela saturação do ânodo de grafite com lítio e sua liberação subsequente. E tudo ficaria bem, apenas a grafite tem uma capacidade de energia relativamente baixa.

Para aumentar gradualmente a capacidade das baterias de íons de lítio, novos materiais ânodos são necessários. Dois dos materiais mais promissores são considerados como materiais – silício e fósforo. Cada um deles tem uma capacidade teórica de energia de pelo menos 10 vezes a da grafite. Os ânodos de silício não parecem mais uma fantasia e até prometem atingir produtos comerciais o mais tardar cinco anos depois. Mas os pesquisadores do Laboratório Nacional de Argonne não confiam neste material.

Segundo os cientistas americanos, o silício tem dois problemas globais como material para ânodos em baterias de íon-lítio. Primeiro, o silício é suscetível à expansão após a saturação com lítio e contração reversa ao recuo, e isso leva à destruição da estrutura do ânodo e à perda de capacidade.

Em segundo lugar, o silício tem uma baixa eficiência Coulomb (a proporção de energia armazenada / fornecida em relação à recebida do carregador). Este valor para baterias com ânodo de silício é inferior a 80%, enquanto para produtos comerciais deve estar acima de 90%. O fósforo permanece e uma inovação foi descrita nessa direção.

Imagem da mudança no tamanho e estado de fase das partículas do ânodo de fósforo durante a carga, descarga e no estado neutro (Laboratório Nacional de Argonne / Guiliang Xu)

Os cientistas fizeram primeiro um ânodo composto usando partículas de fósforo preto e depois vermelho. As partículas de fósforo são trituradas até um tamanho de micrômetro e depois combinadas com partículas de carbono do mesmo tamanho. O material resultante mostrou uma eficiência de Coulomb superior a 90%, o que abre caminho para a produção comercial do ânodo composto.

Foi decidido abandonar o uso de fósforo preto por razões econômicas, embora sua condutividade eletrônica seja maior que a do fósforo vermelho. Por outro lado, o baixo custo comparativo da produção de fósforo vermelho fornecerá uma boa combinação de custo e capacidade para baterias de íons de lítio em ânodos compostos. Resta apenas encontrar um fabricante que esteja pronto para iniciar a cooperação com os cientistas, que é o que os últimos estão fazendo agora. Vamos desejar-lhes boa sorte. Precisamos de baterias mais espaçosas e menos caras.