Zircônio deixa baterias de estado sólido mais próximas dos carros elétricos

Zircônio deixa baterias de estado sólido mais próximas dos carros elétricos

Por Gustavo Minari | Editado por Douglas Ciriaco | 04 de Agosto de 2021 às 18h18
twenty20photos/Envato

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.

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.

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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.

Gráfico mostra como o zircônio atua em baterias de estado sólido (Imagem: Reprodução/CAS)

“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.

Proporção entre custo por kg e abundância do zircônio na natureza (Imagem: Reprodução/CAS)

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

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