Cientistas que trabalham no Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL) desenvolveram um novo tipo de tecnologia de bateria de estado sólido que pode dobrar a densidade de energia em carros elétricos.
A distância que os veículos elétricos (VE) podem percorrer entre cargas — conhecida como autonomia — tem estado numa curva ascendente constante na última década, triplicando de 80 milhas (129 quilômetros) em 2010 para 220 milhas (354 km) em 2021.
Mas há limites quanto à eficiência que elas podem atingir devido à química das baterias de íons de lítio (Li-ion) de eletrólito líquido que atualmente alimentam os veículos elétricos e ao seu peso. Conforme explicado no Heatmap em 2023: “Os pacotes de íons de lítio em EVs são o estado da arte em tecnologia de bateria moderna… Mas sua densidade de energia ainda empalidece em comparação à gasolina. Então, dar a um carro centenas de milhas de alcance de direção significa pendurar uma bateria enorme e pesada na parte inferior do veículo.”
Um novo avanço em baterias de estado sólido, descrito em um estudo publicado em 10 de maio na revista Cartas de Energia ASCpoderia mudar tudo isso, no entanto.
Ela depende do armazenamento de energia em folhas flexíveis e duráveis de eletrodos de estado sólido com 30 micrômetros de espessura — aproximadamente a largura de um fio de cabelo humano. A tecnologia, se desenvolvida, pode dobrar o armazenamento de energia da densidade máxima de energia atual em baterias de EV para 500 watts-hora por quilograma, disseram os cientistas em uma declaração.
O problema com o estado sólido
As baterias de estado sólido não são uma ideia nova e os pesquisadores do ORNL já lançaram as bases para sua criação e uso na década de 1990. Eles têm sido usados em pequenos formatos para alimentar marcapassos, etiquetas RFID — como etiquetas de prevenção de perdas usadas em lojas — e dispositivos vestíveis por muitos anos.
Mas quando se trata de alimentar EVs, eles não têm sido duráveis ou escaláveis o suficiente. Além disso, os polímeros plásticos usados na maioria das baterias de estado sólido atualmente têm uma condutividade menor do que eletrólitos líquidos, o que os torna menos performáticos.
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Os cientistas superaram esses problemas usando um polímero para criar uma “película fina, forte e elástica” que poderia dar às baterias de estado sólido uma densidade de energia muito maior. Isso excede não apenas o que está atualmente disponível nas melhores baterias de estado sólido, mas também a tecnologia de íons de lítio líquidos, disseram os cientistas na declaração.
As folhas permitem a separação de eletrodos negativos e positivos, prevenindo curtos-circuitos enquanto ainda fornecem caminhos de alta condução para o movimento de íons. Ela também usa eletrólitos de estado sólido de sulfeto, que têm um nível de condutividade semelhante aos eletrólitos líquidos usados em baterias de íons de lítio e, portanto, oferecem um nível semelhante de desempenho.
“Queremos minimizar o ligante do polímero porque ele não conduz íons”, principal autor do estudo Guangyangassociado de P&D do ORNL, disse no declaração. “A única função do ligante é prender as partículas de eletrólito no filme. Usar mais ligante melhora a qualidade do filme, mas reduz a condução iônica. Por outro lado, usar menos ligante melhora a condução iônica, mas compromete a qualidade do filme.”
Uma bateria EV de alto desempenho e mais segura
O próximo passo para os cientistas será construir um dispositivo que lhes permita testar suas descobertas sob condições práticas de bateria em um laboratório. Eles também farão parcerias com pesquisadores na academia e na indústria para desenvolver testes mais amplos.
Se a pesquisa levar à produção de uma nova geração de baterias para veículos elétricos, ela poderá não apenas dar aos carros elétricos uma autonomia muito maior, mas também torná-los mais seguros, acrescentaram os cientistas no comunicado.
As baterias de íons de lítio são voláteis e, embora os incêndios sejam raros, são altamente tóxicas e difíceis de extinguir. De acordo com o Reino Unido Instituição de Engenheiros de Incêndio (IFE), mais de 100 produtos químicos orgânicos são gerados durante um incêndio de VE, incluindo monóxido de carbono fatal e cianeto de hidrogênio.
No entanto, em vez de tentar apagar o fogo, os fabricantes de automóveis recomendam que os bombeiros deixem o fogo queimar. Isso ocorre em parte por causa da quantidade de água que seria usada — aproximadamente 1.125 litros por minuto — o que criaria um escoamento perigoso que poderia entrar nos sistemas de drenagem públicos, de acordo com o IFE.
Além disso, mesmo quando os incêndios de baterias de íons de lítio foram aparentemente extintos, eles podem reacender “horas, dias ou até semanas” depois, não apenas uma vez, mas muitas vezes. A nova tecnologia desenvolvida pelo ORNL, por outro lado, é não volátil, o que significa que não haveria tal risco em EVs usando-a em uma bateria de estado sólido.
