As baterias de estado sólido prometem assumir o papel de alternativa às convencionais de iões de lítio, que equipam grande parte dos automóveis elétricos atuais, anunciando capacidade para armazenar uma quantidade relativamente elevada de energia em relação ao seu peso e admitindo cargas mais rápidas, entre outras vantagens.
Uma tecnologia que a Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Universidade de Harvard tem vindo a desenvolver, usando um ânodo de metal de lítio com dez vezes mais capacidade do que ânodo comum de grafite.
Os pesquisadores anunciaram uma bateria que 80% da capacidade ao fim de mais de 6000 ciclos de cargas completas, em menos de 10 minutos.
O estudo divulgado não só descreve uma nova forma de fabricar baterias de estado sólido com ânodo de metal de lítio, mas também oferece uma nova compreensão dos materiais usados para essas baterias potencialmente revolucionárias.
“As baterias de ânodo de metal de lítio são consideradas o Santo Graal das baterias porque têm dez vezes a capacidade dos ânodos de grafite comerciais e podem aumentar drasticamente a distância percorrida por veículos elétricos”, disse Xin Li, responsável pelo projeto, garantindo que “a pesquisa é um passo importante em direção a baterias de estado sólido mais práticas para aplicações industriais e comerciais.”Nas baterias de estado sólido, um dos maiores desafios é a formação de dendritos na superfície do ânodo, partículas especiais de lítio, que podem ser formadas por corrosão e stress mecânico, crescem como raízes no eletrólito e perfuram a barreira que separa o ânodo e o cátodo, causando curto-circuito ou até mesmo incêndio na bateria.
Problema com solução à vista
De acordo com os especialistas, esses dendritos formam-se quando os iões de lítio se movem do cátodo para o ânodo durante o carregamento, fixando-se à superfície do ânodo num processo denominado galvanização. O revestimento no ânodo cria uma superfície irregular e não homogénea, como a placa nos dentes, e permite que os dendritos criem raízes. Quando descarregado, esse revestimento semelhante a uma placa precisa ser removido do ânodo e quando o revestimento é irregular, o processo de remoção pode ser lento e resultar em buracos que induzem um revestimento ainda mais irregular na próxima carga, explica a equipa de investigadores.
Em 2021, Li e a sua equipa encontraram uma solução para lidar com os dendritos, projetando uma bateria multicamadas que intercalava diferentes materiais com estabilidades variadas entre o ânodo e o cátodo. “Este design multicamadas e multimateriais evitou a penetração dos dendritos de lítio, não por impedi-los completamente, mas sim por controlá-los e contê-los”, explicam
Agora, com este novo avanço, conseguiu-se impedir a formação de dendritos “usando partículas de silício de tamanho micrométrico no ânodo para restringir a reação de litiação e facilitar o revestimento homogéneo de uma espessa camada de metal de lítio”.
Neste projeto, quando os iões de lítio se movem do cátodo para o ânodo durante o carregamento, a referida reação química é contraída na superfície plana e os iões ligam-se à superfície da partícula de silício, mas sem a penetrarem.
“No nosso projeto, o metal de lítio envolve a partícula de silício, como uma casca dura de chocolate em torno de um núcleo de avelã em uma trufa de chocolate”, disse Li.
Resultado, a bateria manteve 80% de sua capacidade após 6000 ciclos.
