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Pesquisadores do Laboratório Nacional de Oak Ridge, do Departamento de Energia, desenvolveram um novo método para produzir um componente-chave das baterias de íon-lítio. O resultado é uma bateria mais acessível de um processo mais rápido e menos dispendioso que usa menos material tóxico.
As baterias de íon-lítio – usadas em produtos de eletrodomésticos a telefones celulares, bem como na maioria dos veículos elétricos – são compostas de um cátodo e um ânodo com um eletrólito no meio. Os íons se movem do ânodo para o cátodo através do eletrólito em uma reação que converte energia química em energia elétrica.
O impulso para a descarbonização e a demanda por carros elétricos aumentaram o foco na produção sustentável de catodos com alta densidade de energia. No entanto, o processamento tradicional apresenta desafios.
O primeiro obstáculo é a dependência do cobalto, um metal raro extraído e refinado no exterior. Essa dependência de fontes estrangeiras representa riscos para as cadeias de suprimentos de manufatura e infraestrutura de transporte americanas.
A disponibilidade de cobalto não é a única complicação. O equilíbrio de outros metais comuns nos cátodos também pode tornar o processo de fabricação mais longo e perigoso. Por exemplo, a alta concentração de níquel levou ao uso generalizado de um método de mistura química para produção de cátodo que requer grandes quantidades de amônia para reações corrosivas. O uso do produto químico tóxico aumenta os custos, aumenta as preocupações com a saúde e o meio ambiente e desperdiça grandes quantidades de água para reduzir a acidez.
Pesquisadores do ORNL relatam no Jornal de Fontes de Energia que eles desenvolveram um método mais limpo, mais barato e mais eficiente para fazer uma nova classe de material catódico de alta capacidade sem cobalto. Em vez de agitar continuamente os materiais do cátodo com produtos químicos em um reator, sua abordagem de síntese hidrotérmica cristaliza o cátodo usando metais dissolvidos em etanol. O etanol é mais seguro de armazenar e manusear do que a amônia e, posteriormente, pode ser destilado e reutilizado.
“Este novo processo oferece a principal vantagem de mover a indústria de cátodo para uma produção mais limpa e com custos mais competitivos, ao mesmo tempo em que coloca menos carga em nosso meio ambiente”, disse Ilias Belharouak, do ORNL, o principal investigador do projeto.
O método de síntese hidrotérmica também é muito mais rápido, disse o pesquisador principal do ORNL, Rachid Essehli. O tempo necessário para produzir partículas e preparar o próximo lote de cátodo cai de alguns dias para 12 horas.
Além disso, o material produzido tem partículas mais uniformes, redondas e bem compactadas, ideais para um cátodo, disse Essehli. Embora a equipe do ORNL tenha identificado anteriormente outras combinações sem cobalto que funcionam, o material desenvolvido por meio deste estudo foi melhor em manter a estabilidade durante todo o ciclo de carga da bateria.
Como suas propriedades são semelhantes às dos cátodos atuais à base de cobalto, o novo material pode ser perfeitamente integrado aos processos de fabricação de baterias existentes. Uma patente está pendente para a tecnologia, que está pronta para ser ampliada para produção comercial pela indústria, disse Essehli. “Este material catódico pode fornecer mais energia e diminuir o custo das baterias de carros elétricos”, disse ele.
A pesquisa foi financiada pelo Departamento de Tecnologias de Veículos do Departamento de Eficiência Energética e Energia Renovável do DOE. Ele usou recursos do Centro de Ciências de Materiais de Nanofase do ORNL e da Fonte de Fótons Avançada do Laboratório Nacional de Argonne. Ambos são instalações para usuários do DOE Office of Science.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Laboratório Nacional DOE/Oak Ridge. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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