Bateria de lítio alcança densidade recorde de 710 Wh/kg

Com informações da CAS - 20/06/2023

É um autêntico trabalho de alquimia, envolvendo a dosagem precisa de cada componente da bateria. O protótipo tem o formato de sachê (no algo à esquerda).
[Imagem: Quan Li et al. - 10.1088/0256-307X/40/4/048201]

Densidade de energia das baterias

Pesquisadores chineses apresentaram um protótipo em escala de laboratório de uma bateria recarregável de íons de lítio com uma densidade impressionante de 711,3 watts-hora por quilograma (Wh/kg).

Desde seu lançamento pela Sony em 1991, a densidade de energia das baterias comerciais de íons de lítio vem aumentando gradualmente, dos 90 Wh/kg em sua estreia até o recorde atual de 360 Wh/kg, a bateria de maior densidade encontrada hoje no mercado, fabricada pela Beijing Weilan New Energy.

Em termos de protótipos em escala de laboratório, a maior densidade de energia de uma bateria de lítio divulgada publicamente com base em um catodo de reação de intercalação (uma bateria de íons de lítio no sentido tradicional) é a bateria sem ânodo desenvolvida pela equipe do professor Jeff Dahn, da Universidade Dalhousie, no Canadá, com 575 Wh/kg (ou 1414 Wh/L), seguida de perto pelos 560 Wh/kg da equipe do professor Stefano Passerini, do Instituto de Tecnologia Karlsruhe, na Alemanha.

Ou seja, o novo recorde impressiona porque representa um salto qualitativo de quase 25%.

Tem havido uma corrida para aumentar cada vez mais a densidade de energia das baterias para aumentar a autonomia dos veículos elétricos, viabilizar a eletrificação dos aviões e aumentar a capacidade de armazenamento de energias renováveis.

Isso envolve vários desafios tecnológicos, entre os quais a necessidade de desenvolver novos materiais de eletrodos e adotar designs mais extremos, como aumentar a espessura do eletrodo e reduzir a relação entre massa e volume dos materiais inativos, sobretudo o eletrólito.

Histórico do ganho de densidade das baterias de íons de lítio - o protótipo mostrado aqui está marcado com a estrela vermelha.
[Imagem: Quan Li et al. - 10.1088/0256-307X/40/4/048201]

Ganhos de materiais e de processos

Quan Li e colegas do Centro Nacional de Pesquisa de Física da Matéria Condensada de Pequim desenvolveram um cátodo à base de manganês rico em lítio, que apresentou uma capacidade inesperadamente elevada, e um ânodo de lítio metálico na forma de um filme fino com alta energia específica.

Embora a maior capacidade de armazenamento de lítio tenha sido obtida ampliando o potencial de carga e descarga dos óxidos de manganês ricos em lítio, o ganho em densidade também dependeu de uma série de inovações de processo, incluindo o modo como o eletrólito é injetado no material.

O protótipo atingiu 711,3 Wh/kg e uma densidade volumétrica de energia de 1653,65 Wh/kg. São os maiores valores para uma bateria recarregável de lítio divulgados publicamente até agora.

No entanto, há um caminho razoável entre uma demonstração de laboratório e um produto comercial. A equipe aponta entre os desafios para isso o aumento da vida útil e os testes de segurança da bateria. Mas a demonstração é importante para mostrar que ainda há muito espaço para melhorias na densidade de energia das baterias de lítio tradicionais - as baterias orgânicas de lítio são ainda mais promissoras.

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