O material de borracha é a chave para baterias EV mais duradouras e seguras
Para que os veículos elétricos (EVs) se tornem mainstream, eles precisam de baterias econômicas, mais seguras e duradouras que não explodam durante o uso ou prejudiquem o meio ambiente. Pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia podem ter encontrado uma alternativa promissora às baterias convencionais de íons de lítio feitas a partir de um material comum: a borracha.
Elastômeros, ou borrachas sintéticas, são amplamente utilizados em produtos de consumo e tecnologias avançadas, como eletrônicos vestíveis e robótica macia por causa de suas propriedades mecânicas superiores. Os pesquisadores descobriram que o material, quando formulado em uma estrutura 3D, atuava como uma superrodovia para transporte rápido de íons de lítio com resistência mecânica superior, resultando em baterias de carregamento mais longas que podem ir mais longe. A pesquisa, realizada em colaboração com o Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia, foi publicada quarta-feira na revista Nature.
Nas baterias convencionais de íons de lítio,os íons são movidos por um eletrólito líquido. No entanto, a bateria é inerentemente instável: mesmo o menor dano pode vazar no eletrólito,levando a explosão ou incêndio. As questões de segurança forçaram a indústria a olhar para baterias de estado sólido ,que podem ser feitas usando material cerâmico inorgânico ou polímeros orgânicos.
"A maior parte da indústria está focada na construção de eletrólitos inorgânicos de estado sólido. Mas eles são difíceis de fazer, caros e não são ecologicamente corretos", disse Seung Woo Lee, professor associado da Escola de Engenharia Mecânica George W. Woodruff, que faz parte de uma equipe de pesquisadores que descobriram um polímero orgânico à base de borracha superior a outros materiais. Os eletrólitos de polímeros sólidos continuam a atrair grande interesse devido ao seu baixo custo de fabricação, não toxicidade e natureza suave. No entanto, os eletrólitos de polímeros convencionais não têm condutividade iônica suficiente e estabilidade mecânica para uma operação confiável de baterias de estado sólido.
Novo design 3D leva ao salto na densidade de energia, desempenho
Engenheiros da Georgia Tech resolveram problemas comuns (transporte lento de íons de lítio e propriedades mecânicas ruins) usando os eletrólitos de borracha. O principal avanço foi permitir que o material formasse uma fase de cristal plástico interconectado tridimensional (3D) dentro da robusta matriz de borracha. Esta estrutura única resultou em alta condutividade iônica, propriedades mecânicas superiores e estabilidade eletroquímica.
Este eletrólito de borracha pode ser feito usando um processo simples de polimerização em condições de baixa temperatura, gerando interfaces robustas e lisas na superfície dos eletrodos. Essas características únicas dos eletrólitos de borracha impedem o crescimento de dendrita de lítio e permitem íons móveis mais rápidos, permitindo um funcionamento confiável de baterias de estado sólido mesmo em temperatura ambiente.
"A borracha tem sido usada em todos os lugares por causa de suas altas propriedades mecânicas, e nos permitirá fazer baterias baratas, mais confiáveis e mais seguras", disse Lee.
"Maior condutividade iônica significa que você pode mover mais íons ao mesmo tempo", disse Michael Lee, pesquisador de pós-graduação em engenharia mecânica. "Aumentando a densidade específica de energia e energia dessas baterias, você pode aumentar a quilometragem do EV."
Os pesquisadores estão agora procurando maneiras de melhorar o desempenho da bateria, aumentando seu tempo de ciclo e diminuindo o tempo de carregamento através de uma condutividade ainda melhor iônica. Até agora, seus esforços viram uma melhoria de duas vezes no desempenho /tempo de ciclo da bateria.
O trabalho poderia melhorar a reputação da Geórgia como um centro de inovação EV. A SK Innovation, uma empresa global de energia e petroquímica, está financiando pesquisas adicionais do material eletrólito como parte de sua colaboração contínua com o Instituto para construir baterias de estado sólido de última geração que são mais seguras e mais densas de energia do que as baterias convencionais de íons LI. A SK Innovation anunciou recentemente a construção de uma nova fábrica de baterias EV em Commerce, Geórgia, que deverá produzir um volume anual de baterias de íons de lítio equivalente a 21,5 Gigawatt-hora até 2023.
"As baterias de estado sólido podem aumentar drasticamente a quilometragem e a segurança dos veículos elétricos. As empresas de baterias de rápido crescimento, incluindo a SK Innovation, acreditam que a comercialização de baterias de estado sólido se tornará um divisor de águas no mercado de veículos elétricos", disse Kyounghwan Choi, diretor do centro de pesquisa de baterias de última geração da SK Innovation. "Através do projeto em andamento em colaboração com a SK Innovation e o professor Seung Woo Lee da Georgia Tech, há altas expectativas para a aplicação rápida e comercialização de baterias de estado sólido."
Fonte: TechExplore
