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Substituição no anodo de grafite pode melhorar as baterias recarregáveis

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3 min

POR Kamila Jessie 01/08/2019

Melhorias em uma classe de eletrólito de bateria desenvolvida em 2017, de gás liquefeito, poderiam abrir o caminho para um avanço de alto impacto e muito procurado no cenário das baterias recarregáveis: substituir o anodo de grafite por um anodo de metal de lítio.

eletrólito gás liquefeito
Imagem: phys.org

A demanda pela substituição de anodos de grafite:

Encontrar formas econômicas de substituir o anodo de grafite em baterias de íons de lítio é de grande interesse, porque poderia levar a baterias mais leves capazes de armazenar mais carga. Isso se daria através de um aumento de 50% na densidade de energia no nível da célula. (Você já viu a pesquisa sobre as baterias de vidro com anodos de nanosilício?)

A densidade de energia aumentada viria de uma combinação de fatores, incluindo a alta capacidade específica do anodo de lítio-metal, baixo potencial eletroquímico e peso leve (baixa densidade). Como resultado, a mudança para anodos de metal de lítio estenderia significativamente a gama de veículos elétricos e diminuiria o custo das baterias usadas para armazenamento em rede.

lítio metal
Imagem: i.ytimg.com

A dificuldade técnica:

Fazer esta migração na tecnologia vem com desafios técnicos. O principal obstáculo é que os anodos metálicos de lítio não são compatíveis com os eletrólitos convencionais. Dois problemas de longa data surgem quando esses anodos são pareados com eletrólitos convencionais: baixa eficiência de ciclagem e crescimento de dendritos. Então veio a abordagem dos eletrólitos de gás liquefeito.

Um dos aspectos de maior interesse nesses eletrólitos de gás liquefeito é que eles funcionam tanto à temperatura ambiente quanto a temperaturas extremamente baixas (-60°C). Esses eletrólitos são feitos de solventes de gás liquefeito, ou seja, gases que são liquefeitos sob pressões moderadas, que são muito mais resistentes ao congelamento do que os eletrólitos líquidos padrão.

lítio bateria
Imagem: phys.org

Conhecendo melhor os eletrólitos de gás liquefeito:

No artigo publicado neste ano, os pesquisadores da Universidade da California, em San Diego, relataram como, por meio de estudos experimentais e computacionais, eles melhoraram seu entendimento sobre algumas das deficiências da química dos eletrólitos de gás liquefeito. Com esse conhecimento, eles puderam adaptar seus eletrólitos de gás liquefeito para melhorar o desempenho em anodos de lítio-metal, ambos à temperatura ambiente e -60°C.

Os resultados dos experimentos indicaram que a eficiência do ciclo do anodo foi de 99,6% para 500 ciclos de carga à temperatura ambiente. Isso é resultado da eficiência de ciclagem de 97,5% relatada em 2017, e uma eficiência de ciclagem de 85% para anodos de metal de lítio com um eletrólito convencional (líquido). Para 60°C negativos, a eficiência de ciclo de anodo de lítio-metal foi de 98,4%. Em contraste, a maioria dos eletrólitos convencionais sequer funciona abaixo de -20°C.

Demandas em pesquisa:

Existe atualmente um grande esforço de pesquisa para encontrar ou melhorar eletrólitos que sejam compatíveis com o anodo de metal de lítio e são competitivos em termos de custo, segurança e faixa de temperatura de operação.

Fonte: Joule; Phys.org.

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Kamila Jessie

Doutoranda em Hidráulica e Saneamento na USP, formada em Engenheira Ambiental e Sanitária, sonhadora em tempo integral, amante de ciências e inventividades.

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