Bateria de metal de lítio poderia fazer carro elétrico carregar em até 20 min

Pesquisadores da Universidade Harvard, nos EUA, acreditam ter encontrado uma solução para aproveitar o potencial do lítio em estado sólido para construir baterias que conservam mais energia e carregam em menos tempo do que as células de íons de lítio convencionais. Tentativas anteriores não foram bem sucedidas por causa da falta de estabilidade deste tipo de material.

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Nas baterias de metal de lítio, os íons se movem do cátodo para o ânodo durante o carregamento. Se o ânodo é feito de metal em estado sólido, vários dendritos se formam na superfície, crescendo no eletrólito e perfurando a barreira que separa o cátodo do ânodo. Isso, invariavelmente, causa curto-circuito e pode até incendiar a bateria.

O dendrito é um acúmulo de cristal de lítio que normalmente começa no ânodo e pode se espalhar por toda a bateria. Isso é resultado do carregamento e descarregamento de alta corrente, quando a combinação de elétrons e íons no eletrólito sólido formam uma camada de metal de lítio sólido. O acréscimo desses dendritos reduz a capacidade do eletrólito disponível na bateria, diminuindo também seu armazenamento de carga.

Multicamadas

A saída encontrada pelos pesquisadores agora foi projetar uma bateria com multicamadas, com vários materiais de diferentes estabilidades entre o ânodo e o cátodo. Esse sistema impede a penetração dos dendritos de lítio, fazendo com que eles permaneçam controlados e estáveis.

"Nossa estratégia de incorporar instabilidade a fim de estabilizar a bateria parece contraintuitiva, mas assim como uma bucha pode guiar e controlar um parafuso que vai para uma parede, nosso projeto multicamadas também pode guiar e controlar o crescimento dos dendritos", afirma a professora Luhan Ye.

Com essa estratégia inédita, a equipe liderada pelo professor Xin Li conseguiu projetar uma bateria estável que pode ser carregada e descarregada mais de 10 mil vezes. De modo geral, uma bateria de íons de lítio comum pode suportar entre 300 e 600 ciclos de carga e descarga antes de começar a perder sua capacidade energética.

Benefícios

Uma bateria feita de metal de lítio em estado sólido poderia aumentar a vida útil dos veículos elétricos para 10 ou 15 anos, um tempo muito parecido com o dos carros movidos a gasolina. Outra vantagem é que durante todo esse período não seria necessário substituir as baterias.

Como as baterias em estado sólido possuem uma alta densidade de corrente, os futuros carros movidos a eletricidade poderiam ter suas células completamente carregadas em dez ou 20 minutos, tempo muito menor do que as três ou quatro horas dos veículos equipados com baterias de íons de lítio convencionais.

Além disso, a longevidade das baterias de metal de lítio é garantida por sua capacidade de se regenerar. A química utilizada durante o processo de fabricação é capaz de preencher os buracos criados pelos dendritos, fazendo com as células tenham um desgaste muito pequeno com o passar do tempo.

"Este projeto mostra que as baterias de estado sólido de metal de lítio podem ser competitivas com as baterias de íons de lítio comerciais e a versatilidade das multicamadas torna esse design potencialmente compatível com as linhas de produção atuais da indústria de baterias”, completa o professor Li.

Fonte: Nature