Baterias sem ânodo dobram a autonomia EV usando nova tecnologia de eletrólito

Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang (POSTECH), Pohang, Coreia
Ilustração esquemática e célula de bolsa de eletrólito reversível projetado pelo hospedeiro com seu desempenho de ciclo. (Imagem:Os pesquisadores)
Uma equipe de pesquisa conjunta liderada pelo professor Soojin Park e pelo Dr. Dong-Yeob Han do Departamento de Química da POSTECH, juntamente com o professor Nam-Soon Choi e o Dr. Este valor é quase o dobro das baterias de iões de lítio atualmente utilizadas em veículos elétricos, que normalmente fornecem cerca de 650 Wh/L. A conquista foi publicada em Materiais Avançados.

Uma bateria de metal de lítio sem ânodo elimina completamente o ânodo convencional. Em vez disso, os íons de lítio armazenados no cátodo se movem durante o carregamento e se depositam diretamente em um coletor de corrente de cobre. Ao remover componentes desnecessários, mais espaço interno pode ser dedicado ao armazenamento de energia, tal como colocar mais combustível num depósito do mesmo tamanho. No entanto, esse design apresenta sérios desafios. Se o lítio se depositar de forma desigual, podem formar-se estruturas pontiagudas, semelhantes a agulhas, conhecidas como dendritos, aumentando o risco de curto-circuitos e potenciais riscos de segurança. Cargas e descargas repetidas também podem danificar a superfície do lítio, reduzindo rapidamente a vida útil da bateria.

Para resolver estas questões, a equipe de pesquisa adotou uma estratégia dupla, combinando um hospedeiro reversível (RH) e um eletrólito projetado (DEL). O hospedeiro reversível consiste em uma estrutura polimérica incorporada com nanopartículas de prata (Ag) uniformemente distribuídas, guiando o lítio para se depositar em locais designados, em vez de aleatoriamente. Em termos simples, funciona como um estacionamento dedicado ao lítio, garantindo uma deposição ordenada e uniforme.

O eletrólito projetado aumenta ainda mais a estabilidade, formando uma camada protetora fina, mas robusta, composta de Li₂O e Li₃N na superfície do lítio. Esta camada funciona como um curativo na pele, evitando o crescimento prejudicial de dendritos, ao mesmo tempo que mantém caminhos abertos para o transporte de íons de lítio.

Quando combinado, o sistema RH–DEL proporcionou um desempenho excepcional. Sob alta capacidade de área (4,6 mAh cm -2 ) e densidade de corrente (2,3 mA cm -2 ), a bateria reteve 81,9% de sua capacidade inicial após 100 ciclos e alcançou uma eficiência coulombiana média de 99,6%. Esses resultados permitiram que a equipe alcançasse a densidade de energia volumétrica recorde de 1.270 Wh/L em baterias de lítio metálico sem ânodo.

É importante ressaltar que esse desempenho foi validado não apenas em pequenas células de laboratório, mas também em baterias do tipo bolsa, que estão mais próximas das aplicações reais em veículos elétricos. Mesmo com uma quantidade mínima de eletrólito (E/C =2,5 g Ah -1 ) e sob baixa pressão de pilha (20 kPa), as baterias funcionaram de forma estável. Isto demonstra um forte potencial para reduzir o peso e o volume da bateria, ao mesmo tempo que reduz os encargos de produção, melhorando significativamente a viabilidade comercial.

O professor Soojin Park comentou:“Este trabalho representa um avanço significativo ao abordar simultaneamente questões de eficiência e vida útil em baterias de metal de lítio sem ânodo”. O professor Tae Kyung Lee acrescentou:“Nosso estudo demonstra que o design de eletrólitos baseado em solventes disponíveis comercialmente pode alcançar alta mobilidade de íons de lítio e estabilidade interfacial”.

Para mais informações, entre em contato com Nam-Soon Choi em Este endereço de e-mail está protegido contra spambots. Você precisa ter o JavaScript habilitado para visualizá-lo.