Pesquisadores da Tokyo Metropolitan University desenvolveram um novo método para fazer placas eletrolíticas flexíveis baseadas em cerâmica para baterias de metal de lítio. Eles combinaram uma cerâmica do tipo granada, um ligante de polímero e um líquido iônico, produzir um eletrólito de folha de estado quase sólido. A síntese é realizada à temperatura ambiente, exigindo significativamente menos energia do que a alta temperatura existente (> 1000 ° C) processos. Ele funciona em uma ampla gama de temperaturas, tornando-o um eletrólito promissor para baterias, por exemplo, em veículos elétricos.

Os combustíveis fósseis respondem pela maior parte das necessidades de energia do mundo, incluindo eletricidade. Mas os combustíveis fósseis estão acabando, e queimá-los também leva à emissão direta de dióxido de carbono e outros poluentes como óxidos de nitrogênio tóxicos para a atmosfera. Há uma demanda global de mudança para fontes de energia renováveis ​​mais limpas. Mas as principais fontes de energia renovável, como a eólica e a solar, costumam ser intermitentes - o vento não sopra o tempo todo e o sol não brilha à noite. Sistemas avançados de armazenamento de energia são, portanto, necessários para usar fontes renováveis, fontes intermitentes de forma mais eficaz. As baterias de íon de lítio tiveram um impacto profundo na sociedade moderna, alimentando uma ampla gama de eletrônicos portáteis e aparelhos como aspiradores de pó sem fio desde sua comercialização pela Sony em 1991. Mas usar essas baterias em veículos elétricos (EVs) ainda requer uma melhoria substancial na capacidade e segurança do Li de última geração tecnologia de íons.

Isso levou a um renascimento do interesse de pesquisa em baterias de metal de lítio:os ânodos de metal de lítio têm uma capacidade teórica muito maior do que os ânodos de grafite atualmente em uso comercial. Ainda existem obstáculos tecnológicos associados aos ânodos de metal de lítio. Em baterias de base líquida, por exemplo, Os dendritos (ou braços) de lítio podem crescer, o que pode causar um curto-circuito na bateria e até mesmo causar incêndios e explosões. É aí que entram os eletrólitos inorgânicos de estado sólido:eles são significativamente mais seguros, e uma cerâmica de Li do tipo granada (tipo de estrutura) ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ , mais conhecido como LLZO, agora é amplamente considerado como um material eletrólito de estado sólido promissor por sua alta condutividade iônica e compatibilidade com o metal Li. Contudo, a produção de eletrólitos LLZO de alta densidade requer temperaturas de sinterização muito altas, tão alto quanto 1200 ° C. Isso é ineficiente em termos de energia e demorado, dificultando a produção em larga escala de eletrólitos LLZO. Além disso, o contato físico pobre entre eletrólitos LLZO frágeis e os materiais do eletrodo geralmente resulta em alta resistência interfacial, limitando muito sua aplicação em baterias de metal de lítio totalmente sólidas.

Assim, uma equipe liderada pelo professor Kiyoshi Kanamura na Tokyo Metropolitan University decidiu desenvolver uma folha de eletrólito LLZO composta flexível que pode ser feita em temperatura ambiente. Eles lançam uma pasta de cerâmica LLZO em um substrato de polímero fino, como passar manteiga na torrada. Depois de secar em um forno a vácuo, o eletrólito de folha de 75 mícrons de espessura foi embebido em um líquido iônico (IL) para melhorar sua condutividade iônica. ILs são sais que são líquidos à temperatura ambiente, conhecido por ser altamente condutivo, sendo quase não inflamável e não volátil. Dentro das folhas, o IL preencheu com sucesso as lacunas microscópicas na estrutura e uniu as partículas LLZO, formando um caminho eficiente para íons de lítio. Eles também reduziram efetivamente a resistência interfacial no cátodo. Em uma investigação mais aprofundada, eles descobriram que os íons Li se difundiram através das partículas IL e LLZO na estrutura, destacando o papel desempenhado por ambos. A síntese é simples e adequada para a produção industrial:todo o processo é realizado à temperatura ambiente sem necessidade de sinterização a alta temperatura.

Embora os desafios permaneçam, a equipe afirma que a robustez mecânica e a operabilidade da folha composta flexível em uma ampla faixa de temperaturas a torna um eletrólito promissor para baterias de metal de lítio. A simplicidade deste novo método de síntese pode significar que veremos baterias de metal de lítio de alta capacidade no mercado mais cedo do que pensamos.