Desbloquear o potencial armazenado do metal de lítio

Vários novos conceitos em tecnologia de armazenamento de íons de lítio têm o potencial de aumentar consideravelmente a capacidade de energia das baterias. Entre eles estão anodos metálicos de lítio, que poderiam aumentar potencialmente a densidade de energia em mais de 50%. Com um novo eletrólito otimizado, cientistas da Universidade da Califórnia, em San Diego, deram mais um passo para tornar a idéia uma realidade comercial.

As baterias baseadas no eletrólito da UC San Diego podem ter uma eficiência de ciclagem superior a 98% em temperaturas de até -60 graus Celsius, Editorial: Escola de engenharia de UC San Diego Jacobs

Cientistas da Universidade da Califórnia, em San Diego, desenvolveram um eletrólito que, segundo eles, é compatível com anodos metálicos de lítio, permitindo uma densidade de energia muito maior do que os atuais modelos de baterias de íons de lítio. A nova bateria também mostrou funcionar bem em temperaturas de até -60 graus Celsius.

A principal inovação é um eletrólito de gás liquefeito (LGE). As atuais baterias comerciais de íons de lítio usam eletrólitos líquidos, e a maioria dos pesquisadores está investigando materiais sólidos como a próxima geração de tecnologia de baterias. A UC San Diego, no entanto, está adotando a abordagem oposta ao trabalhar com um gás, liquefeito sob pressão, como seu eletrólito. O objetivo é uma bateria que aproveite os anodos de metal de lítio, que podem oferecer alta capacidade específica, baixo potencial eletroquímico e peso leve, mas não podem funcionar com segurança ou eficiência com os eletrólitos líquidos convencionais.

Detalhes do trabalho LGE da UC San Diego foram publicados pela primeira vez na Science em 2017 . Na época, os pesquisadores postularam a idéia de que as baterias que incorporam seu eletrólito poderiam alimentar satélites e veículos interplanetários, entre outras sugestões estranhas.

Um novo papel, o ânodo de metal de lítio de alta eficiência ativado por eletrólitos de gás liquefeito, publicado esta semana em Joule , no entanto, traz a tecnologia para a Terra. O artigo relata que, ao otimizar o LGE, os pesquisadores conseguiram criar uma célula de bateria de lítio que manteve a eficiência de 99,6% após 500 ciclos à temperatura ambiente (20 graus Celsius) e 98,4% a -60.

A equipe apontou que usar um eletrólito líquido convencional com um ânodo de lítio-metal garantiu que a eficiência não ultrapassou 85%, e a maioria dos eletrólitos líquidos deixa de funcionar inteiramente a temperaturas em torno de -20 graus Celsius.

Segurança primeiro

Outra preocupação em trabalhar com ânodos metálicos de lítio é a formação de dendritos, que podem reduzir o desempenho e, no pior dos casos, levar a curtos-circuitos, incêndios e explosões. A UC San Diego relatou que com o seu LGE, a deposição de partículas de lítio foi “lisa e compacta” e a porosidade da deposição foi medida em 0,9%, em comparação com 16,8% para o mesmo ânodo em combinação com um eletrólito líquido convencional.

"Estou confiante de que vamos desenvolver os eletrólitos que precisamos para ânodos de lítio-metal", disse Shirley Meng, professora de nano engenharia da UC San Diego. "Espero que esta pesquisa inspire mais grupos de pesquisa a analisar seriamente os eletrólitos de gás liquefeito".

O artigo não discute a potencial relação custo-benefício da mudança do conceito para fabricação em larga escala. No entanto, a UC San Diego parece estar se movendo em direção à comercialização através da empresa spin-out South 8 Technologies, que diz que está "alavancando materiais convencionais e manufatura" para produzir as baterias.

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