Crédito:Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia
Uma equipe de pesquisadores coreanos desenvolveu uma tecnologia de processamento para maximizar as densidades de energia de baterias de alta capacidade. A equipe de pesquisa conjunta, que consiste na Dra. Minah Lee e na Dra. Jihyun Hong do Clean Energy Institute, Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia (KIST), anunciaram o desenvolvimento de uma tecnologia que fornece uma solução simples para um problema persistente associado a materiais anódicos baseados em silício (-).
Recentemente, Materiais de ânodo de silício capazes de armazenar quatro vezes mais íons de lítio do que materiais de ânodo de grafite em baterias de íon de lítio têm ganhado atenção crescente devido ao seu potencial para melhorar a quilometragem de veículos elétricos. Mas quando cobrado no ciclo inicial, uma bateria com ânodo à base de silício perde mais de 20% dos íons de lítio que usa para armazenamento de eletricidade, o que resulta em um problema de capacidade reduzida da bateria. Para resolver este problema, pesquisadores estudaram um método de pré-carregamento de lítio, ou pré-litiação, que adiciona lítio extra antes da montagem da bateria para compensar a perda de lítio durante o ciclo da bateria. Métodos aplicados até agora, como o uso de pó de lítio, têm desvantagens, incluindo riscos de segurança e alto custo.
O Dr. Lee e o Dr. Hong do KIST desenvolveram uma tecnologia que permite o pré-carregamento de íons de lítio usando uma solução contendo lítio em vez de pó de lítio, prevenir a perda de lítio em um ânodo à base de silício. Submergir um eletrodo na solução sob medida por apenas cinco minutos é o suficiente para alcançar o pré-carregamento de lítio com sucesso, pelo qual elétrons e íons de lítio são inseridos no ânodo à base de silício por meio de uma reação química espontânea. Ao contrário do método convencional de adição de pó de lítio a um eletrodo levando a uma distribuição heterogênea de lítio, a solução de pré-litiação sob medida se infiltra rapidamente em um eletrodo, garantindo a entrega homogênea de lítio em óxido de silício.
O ânodo à base de silício pré-litiado desenvolvido pela equipe de pesquisa perde menos de 1% do lítio ativo na primeira carga, produzindo uma alta eficiência inicial da bateria de 99% ou superior. Uma bateria fabricada com o ânodo pré-iluminado exibia uma densidade de energia 25% maior do que uma bateria comparável usando um ânodo de grafite disponível no mercado (406 Wh / kg — 504 Wh / kg).
Dr. Lee, quem liderou a pesquisa, disse, "Ao incorporar uma técnica de ciência de materiais computacionais ao projeto de uma estrutura molecular ideal, fomos capazes de melhorar a eficiência de uma alta capacidade, ânodo à base de silício aos trancos e barrancos com o método simples de controlar apenas a temperatura da solução e o tempo de reação. Como esta tecnologia é prontamente aplicável ao processo roll-to-roll usado nas instalações de fabricação de baterias existentes, nosso método tem potencial para alcançar um avanço na implementação de ânodos à base de silício para baterias práticas. "
O co-pesquisador principal, Dr. Hong, disse:"Este trabalho colaborativo pode ser realizado porque o KIST incentiva a pesquisa conjunta entre membros de diferentes equipes de pesquisa. Esta tecnologia de pré-iluminação pode aumentar a quilometragem de veículos elétricos em um mínimo de 100 km em média."