Contexto:
Pesquisadores do Instituto de Bioenergia e Tecnologia de Bioprocessos de Qingdao, Academia Chinesa de Ciências, alcançaram um avanço significativo em baterias de lítio de estado sólido, potencialmente realizando o sonho de dispositivos eletrônicos menores com vida útil da bateria estendida. Este avanço foi publicado na revista acadêmica internacional Nature Energy em 31 de julho.
As baterias de íon de lítio usadas em telefones celulares, computadores e outros dispositivos eletrônicos armazenam e liberam energia predominantemente por meio de eletrólitos líquidos. Os cientistas agora estão explorando um novo tipo de bateria — baterias de lítio de estado sólido. Estas utilizam eletrólitos sólidos em vez de líquidos, tornando-as significativamente mais seguras.
Embora as baterias de lítio de estado sólido pareçam ideais, seu desenvolvimento enfrenta desafios. Principalmente, as diferentes propriedades químicas e físicas dos materiais dentro do cátodo da bateria tornam a compatibilidade perfeita difícil, levando a múltiplos problemas de interface que comprometem a densidade de energia e a vida útil. Para resolver isso, a equipe de pesquisa desenvolveu um novo material: um material de cátodo homogeneizado (germanato fosfoseleneto de lítio e titânio).
Comparado aos materiais convencionais, este composto oferece vantagens, incluindo alta condutividade elétrica, alta densidade de energia e vida útil estendida:
Alta condutividade elétrica:Este novo material exibe alta condutividade iônica e eletrônica, superando os materiais de bateria tradicionais (cátodos de óxido em camadas) em mais de 1000 vezes. Isso permite processos suaves de carregamento e descarregamento sem depender de aditivos condutores, aprimorando significativamente o desempenho geral da bateria.
Alta capacidade de descarga:O novo material exibe uma alta capacidade de descarga de 250 mAh por grama, superando os materiais de cátodo de alto níquel atualmente usados. Com peso ou volume equivalentes, as baterias que incorporam este material podem armazenar maior energia elétrica. Isso não apenas permite uma operação sustentada mais longa sem recargas frequentes, aumentando assim a resistência, mas também reduz o tamanho da bateria, facilitando o design de dispositivos mais compactos.
Baixa variação de volume:Durante os ciclos de carregamento e descarregamento, o novo material exibe uma variação de volume de apenas 1,2%, substancialmente menor do que os 50% observados nos materiais de cátodo de óxido em camadas convencionais. Essa variação mínima de volume ajuda a manter a estabilidade estrutural, prolongando assim a vida útil operacional da bateria.
Alta densidade de energia:As baterias de lítio de estado sólido que utilizam este novo material atingem uma densidade de energia de 390 Wh/kg, representando um aumento de 1,3 vezes em relação às baterias de lítio de estado sólido de longo ciclo relatadas anteriormente.
Vida útil estendida:As baterias de lítio de estado sólido que empregam este material atingem mais de 10.000 ciclos. Após 5.000 ciclos de carga, a bateria retém 80% de sua capacidade inicial, fornecendo energia suficiente por longos períodos.
Esta pesquisa fornece suporte técnico crucial para o desenvolvimento de dispositivos de armazenamento de energia de alta densidade e longa vida útil, oferecendo fontes de energia seguras e duráveis para veículos de nova energia, redes de armazenamento de energia e equipamentos de águas profundas/espaço profundo. Ela tem implicações significativas para o avanço de novos sistemas de armazenamento de energia.