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Pesquisadores da Universidade de Maryland que estudam como as baterias de lítio falham desenvolveram uma nova tecnologia que poderia permitir a próxima geração de veículos elétricos (EVs) e outros dispositivos que são menos propensos a incêndios nas baterias, ao mesmo tempo que aumentam o armazenamento de energia.
O método inovador, apresentado em artigo publicado quarta-feira na revista Natureza, suprime o crescimento de dendritos de lítio – danificando estruturas semelhantes a ramos que se desenvolvem dentro das chamadas baterias de lítio totalmente em estado sólido, impedindo as empresas de comercializar amplamente a tecnologia promissora. Mas este novo projeto para uma “camada intermediária” de bateria, liderado pelo professor Chunsheng Wang, do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular, interrompe a formação de dendritos e pode abrir a porta para a produção de baterias viáveis de estado sólido para veículos elétricos.
Pelo menos 750.000 veículos eléctricos registados nos EUA funcionam com baterias de iões de lítio – populares devido ao seu elevado armazenamento de energia, mas contendo um componente electrólito líquido inflamável que queima quando sobreaquecido. Embora nenhuma agência governamental rastreie os incêndios em veículos por tipo de carro, e os incêndios em baterias de carros elétricos pareçam ser relativamente raros, eles apresentam riscos específicos; o Conselho Nacional de Segurança nos Transportes relata que os socorristas são vulneráveis a riscos de segurança, incluindo choque elétrico e exposição a gases tóxicos emanados de baterias danificadas ou queimadas.
Baterias totalmente de estado sólido podem levar a carros mais seguros do que os atuais modelos elétricos ou de combustão interna, mas criar uma estratégia para contornar as desvantagens foi trabalhoso, disse Wang. Quando essas baterias são operadas nas altas capacidades e taxas de carga e descarga exigidas pelos veículos elétricos, os dendritos de lítio crescem em direção ao lado do cátodo, causando curtos-circuitos e uma diminuição na capacidade.
Ele e o associado de pós-doutorado Hongli Wan começaram a desenvolver uma teoria para a formação do crescimento de dendritos de lítio em 2021; continua sendo uma questão de debate científico, disseram os pesquisadores.
“Depois de descobrirmos essa parte, propusemos a ideia de redesenhar as camadas intermediárias que suprimiriam efetivamente o crescimento dos dendritos de lítio”, disse ele.
Sua solução é única devido à estabilização das interfaces da bateria entre o eletrólito sólido e o ânodo (onde os elétrons de um circuito entram na bateria) e o eletrólito e o cátodo (onde a energia flui para fora da bateria). A nova estrutura da bateria adiciona uma camada intermediária rica em flúor que estabiliza o lado do cátodo, bem como uma modificação da camada intermediária do ânodo com magnésio e bismuto – suprimindo o dendrito de lítio.
“As baterias de estado sólido são da próxima geração porque podem atingir alta energia e segurança. Nas baterias atuais, se você atingir alta energia, sacrificará a segurança”, disse Wang.
Os pesquisadores têm outros desafios a resolver antes que o produto chegue ao mercado. Para comercializar baterias totalmente de estado sólido, os especialistas terão de reduzir a camada de eletrólito sólido para obter uma espessura semelhante à do eletrólito das baterias de iões de lítio, o que melhorará a densidade de energia – ou a quantidade de energia que a bateria pode armazenar. Os altos custos dos materiais básicos são outro desafio, disse a equipe.
Com o objetivo de lançar as novas baterias no mercado até 2026, o fabricante de baterias avançadas Solid Power planeia iniciar testes da nova tecnologia para avaliar o seu potencial de comercialização. A pesquisa contínua visa aumentar ainda mais a densidade energética, disseram os pesquisadores.
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