Uma seção transversal de micrografia eletrônica mostra uma folha de alumínio revestida com óxido de lítio-cobalto, um material comum em baterias de íon de lítio. Crédito:Imagem cortesia de Hailong Ning e Jerome Davis III, Xerion Advanced Battery Corp.
O processo que faz joias folheadas a ouro ou acessórios cromados para carros agora está produzindo baterias de íon-lítio potentes.
Pesquisadores da Universidade de Illinois, A Xerion Advanced Battery Corporation e a Universidade de Nanjing, na China, desenvolveram um método para eletrodeposição de cátodos de bateria de íon-lítio, produzindo alta qualidade, materiais de bateria de alto desempenho que também podem abrir a porta para baterias flexíveis e de estado sólido.
"Esta é uma abordagem inteiramente nova para a fabricação de cátodos de bateria, que resultou em baterias com formas e funcionalidades anteriormente impossíveis de obter, "disse Paul V. Braun, professor de ciência e engenharia de materiais e diretor do Laboratório de Pesquisa de Materiais Frederick Seitz em Illinois. Ele co-liderou o grupo de pesquisa que publicou suas descobertas na revista Avanços da Ciência .
Os cátodos de bateria de íon de lítio tradicionais usam pós contendo lítio formados em altas temperaturas. O pó é misturado com aglutinantes semelhantes a cola e outros aditivos em uma pasta, que é espalhado em uma folha fina de papel alumínio e seco. A camada de lama precisa ser fina, portanto, as baterias são limitadas na quantidade de energia que podem armazenar. A cola também limita o desempenho.
O método de galvanoplastia pode permitir flexibilidade, designs tridimensionais de baterias. Esta folha de alumínio laminada enrolada sem rachar. Crédito:Imagem cortesia de Hailong Ning e Jerome Davis III, Xerion Advanced Battery Corp.
"A cola não está ativa. Não contribui em nada para a bateria, e atrapalha o fluxo de eletricidade na bateria, "disse o co-autor Hailong Ning, o diretor de pesquisa e desenvolvimento da Xerion Advanced Battery Corporation em Champaign, uma empresa iniciante co-fundada por Braun. "Você tem todo esse material inativo ocupando espaço dentro da bateria, enquanto o mundo inteiro está tentando obter mais energia e potência da bateria. "
Os pesquisadores contornaram o processo de pó e cola completamente eletrodepositando os materiais de lítio na folha de alumínio.
Uma vez que o cátodo eletrodepositado não tem cola ocupando espaço, ele embala 30 por cento mais energia do que um cátodo convencional, de acordo com o jornal. Ele também pode carregar e descarregar mais rápido, já que a corrente pode passar diretamente por ele e não ter que navegar ao redor da cola inativa ou pela estrutura porosa da lama. Também tem a vantagem de ser mais estável.
Adicionalmente, o processo de galvanoplastia cria materiais catódicos puros, mesmo de ingredientes iniciais impuros. Isso significa que os fabricantes podem usar materiais de menor custo e qualidade e o produto final ainda terá alto desempenho, eliminando a necessidade de começar com materiais caros já trazidos para o grau de bateria, Braun disse.
A galvanoplastia pode ser aplicada a texturizados, substratos tridimensionais ou flexíveis, abrindo as portas para novos designs de bateria. O lado direito deste trimestre foi revestido com óxido de lítio-cobalto. Crédito:Hailong Ning e Jerome Davis III, Xerion Advanced Battery Corp.
"Este método abre as portas para cátodos de bateria flexíveis e tridimensionais, uma vez que a eletrodeposição envolve mergulhar o substrato em um banho líquido para revesti-lo, "disse o co-autor Huigang Zhang, um ex-cientista sênior da Xerion que agora é professor na Universidade de Nanjing.
Os pesquisadores demonstraram a técnica em espuma de carbono, um leve, material barato, fazendo cátodos que eram muito mais espessos do que pastas convencionais. Eles também o demonstraram em folhas e superfícies com diferentes texturas, formas e flexibilidade.
"Esses projetos são impossíveis de alcançar por processos convencionais, Braun disse. “Mas o que é realmente importante é que é um material de alto desempenho e quase sólido. Usando um eletrodo sólido em vez de um poroso, você pode armazenar mais energia em um determinado volume. No fim do dia, as pessoas querem que as baterias armazenem muita energia. "
