Baterias de estado sólido do futuro serão feitas de árvores

Engenheiros das Universidades Brown e Maryland, ambas nos EUA, desenvolveram um novo material condutor que pode ser utilizado na fabricação de baterias de estado sólido mais eficientes e seguras. O composto revolucionário deriva de uma fonte natural no mínimo inusitada: as árvores.

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O novo eletrólito combina fios de cobre com nanofibrilas de celulose — tubos de polímeros derivados da madeira. Esse material fino como uma folha de papel possui uma condutividade de íons 10 a 100 vezes melhor do que a encontrada em outros condutores de íons feitos à base de polímeros convencionais.

“Ao incorporar cobre com nanofibrilas de celulose unidimensionais, demonstramos que a celulose, normalmente isolante de íons, oferece um transporte mais rápido desses íons. Com isso, esse material pode ser usado como um eletrólito de bateria sólida ou como um aglutinante condutor de íons para o cátodo de uma bateria totalmente sólida”, explica o professor de engenharia de materiais Liangbing Hu, autor principal do estudo.

Fino e flexível

Eletrólitos sólidos têm o potencial de impedir a penetração de dendritos e podem ser feitos de materiais não inflamáveis. Eles são geralmente fabricados de compostos cerâmicos, ótimos para conduzir íons, mas ao mesmo tempo espessos, rígidos e quebradiços, podendo causar rachaduras e quebras durante o processo de carga e descarga.

Já o material apresentado pelos pesquisadores é tão fino e flexível quanto uma folha de papel. Além disso, sua condutividade iônica é muito semelhante à encontrada na cerâmica, com a vantagem de se manter maleável e praticamente inquebrável, mesmo em condições de tensão extrema.

“Os íons de lítio se movem neste eletrólito sólido orgânico por meio de mecanismos que normalmente encontramos em cerâmicas inorgânicas, permitindo o registro de alta condutividade iônica. O uso desses elementos fornecidos pela natureza pode reduzir o impacto ambiental causado pela fabricação de baterias”, acrescenta o professor de engenharia Yue Qi, coautor do estudo.

Baterias do futuro

Ao usar o novo material como um aglutinante, os cientistas criaram um dos cátodos funcionais mais espessos já relatados, sem comprometer sua condução iônica ou reduzir sua eficiência energética, mesmo após longos ciclos de carga e descarga, mantendo a capacidade de armazenamento praticamente inalterada.

Os pesquisadores acreditam que o uso das nanofibrilas de celulose seja um passo importante para projetar condutores de íons de estado sólido mais confiáveis e baratos. Esses dispositivos também poderiam ser utilizados no processamento e armazenamento de dados ou na fabricação de sensores de estado sólido mais eficientes e livres de curto-circuito.

“As baterias de estado sólido não têm um custo ambiental muito elevado, mas possuem outros desafios, como encontrar um material ideal para que se tenha um eletrólito sólido com excelente condutividade iônica e durabilidade superior. Com essa nova abordagem, demos uma contribuição significativa para a fabricação de células de estado sólido em grande escala”, encerra o professor Hu.

Fonte: Brown University