Zircônio deixa baterias de estado sólido mais próximas dos carros elétricos

Pesquisadores da Academia Chinesa de Ciências descobriram um novo material que pode deixar as baterias de lítio de estado sólido mais baratas e eficientes. Eles usaram cloreto de zircônio e lítio (LZC) para produzir células com alta densidade energética, totalmente sólidas e resistentes à umidade do ambiente.

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Entre as várias categorias de eletrólitos sólidos existentes no mercado, os de cloreto possuem as melhores características, como alta condutividade iônica, deformabilidade e estabilidade oxidativa, mas a fabricação em escala industrial esbarra no preço elevado das matérias-primas e na baixa tolerância à água.

Agora, a equipe liderada pelo professor de ciência de materiais Ma Cheng conseguiu reduzir o custo do material bruto para US$ 1,38 (cerca de R$ 7 em conversão direta) por metro quadrado com uma espessura de 50 mícrons. Atualmente, o eletrólito de estado sólido mais barato para esse uso custa US$ 23,05 (cerca de R$ 130) por metro quadrado, quase 17 vezes mais caro.

Sem medo de água

Além do valor reduzido, o que torna o LZC competitivo para a produção de baterias em estado sólido, o material mostrou-se energeticamente estável em uma atmosfera de até 5% de umidade relativa, sem apresentar sinais de absorção de líquidos ou degradação de condutividade após longos períodos de exposição.

O LZC ainda possui alta condutividade iônica (0,81 mS cm-1 em temperatura ambiente) e compatibilidade com cátodos de classe 4V. Uma célula com um eletrólito sólido LZC apresenta uma capacidade de armazenamento energético estável de cerca de 150 mAh g-1 após 200 ciclos de uso, resultado excelente entre as células de estado sólido.

“As baterias de lítio totalmente sólidas desempenham um papel importante para reduzir a meta de pico de emissões de dióxido de carbono e neutralidade de carbono. Os valores mais baixos e o alto desempenho do LZC removem um grande obstáculo para a comercialização dessas baterias”, afirma o professor Cheng.

Estado sólido

Como o próprio nome já indica, baterias de estado sólido usam um eletrólito sólido em vez de uma solução eletrolítica líquida para regular o fluxo da corrente elétrica. Essa característica faz com que elas consigam armazenar uma densidade energética muito maior, sendo fundamentais para o desenvolvimento veículos elétricos com mais autonomia.

Atualmente, os materiais utilizados na fabricação dessas baterias, como lutécio e térbio, são raros e extremamente caros para produção em massa. Ao usar o zircônio, elemento muito mais abundante na crosta terrestre, a equipe do professor Cheng dá um passo importante para a criação de células de energia viáveis do ponto de vista econômico.

“O próximo passo é aumentar a estabilidade de todo o sistema para que ele possa ser implantado na fabricação de baterias de estado sólido em alguns anos. Nós queremos sintetizar a produção de LZC em laboratório para aumentar a capacidade das células de energia e torná-las cada vez mais acessíveis”, completa o professor Ma Cheng.

Fonte: Chinese Academy of Sciences