Avanços recentes no desenvolvimento de veículos híbridos e elétricos aumentaram a necessidade de tecnologias de baterias de alto desempenho. Equipes de pesquisa em todo o mundo têm trabalhado em uma ampla gama de soluções alternativas de baterias, ao mesmo tempo que tentam identificar novos eletrólitos promissores para essas baterias.



Baterias contendo eletrodos sólidos e um eletrólito sólido, conhecidas como baterias de estado sólido, poderiam ser uma solução alternativa viável de armazenamento de energia para veículos elétricos. No entanto, os eletrólitos cerâmicos inorgânicos tradicionais e os eletrólitos poliméricos orgânicos muitas vezes sofrem de baixa flexibilidade ou propriedades mecânicas, o que afeta negativamente o desempenho das baterias.

Pesquisadores da Academia Chinesa de Ciências descobriram recentemente novos eletrólitos para baterias de estado sólido baseados em uma classe de vidro inorgânico viscoelástico (VIGLAS). O artigo deles, publicado na Nature Energy , mostra que esses eletrólitos possuem características de eletrólitos inorgânicos e orgânicos e podem melhorar significativamente a estabilidade de células de bateria totalmente em estado sólido.

"Inicialmente, queríamos encontrar um eletrólito sólido inorgânico com baixo ponto de fusão para simplificar o processo de montagem da bateria de estado sólido em um ambiente de temperatura ligeiramente elevada, que é semelhante às baterias de íon Na líquido", disse Yong Sheng Hu, um dos os pesquisadores que realizaram o estudo, disseram ao Tech Xplore.

"Com base na pesquisa anterior sobre bateria de sal fundido usando LiAlCl₄ /NaAlCl₄ eletrólito (que tem o ponto de fusão mais baixo em sais fundidos), tentamos encontrar alguns métodos para substituir parcialmente os átomos de Cl para melhorar a condutividade iônica no estado sólido. Finalmente, descobrimos que ao introduzir átomos de O para vitrificá-lo, a condutividade iônica à temperatura ambiente poderia ser melhorada em três ordens de grandeza, e inesperadamente descobrimos que tem viscoelasticidade semelhante à dos polímeros orgânicos."

O principal objetivo do trabalho recente de Hu e seus colegas foi revelar novos eletrólitos promissores e escalonáveis ​​para baterias de estado sólido. Primeiramente, os pesquisadores sintetizaram seus eletrólitos sólidos baseados em VIGLAS, que são baseados no material MAlCl_4-2x O_x (MACO, M=Li, Na, 0,5
"Os materiais VIGLAS possuem alta condutividade iônica (~1 mS cm ^-1 a 30°C) para Li ⁺ e Na ⁺ , compatibilidade químico-mecânica superior com cátodos de 4,3 V, bem como a capacidade de permitir baterias de estado sólido à base de Li e Na sem pressão (<0,1 MPa)", explicou Hu. "A baixa temperatura de fusão (<0,1 MPa)", explicou Hu. "A baixa temperatura de fusão (<0,1 MPa)", explicou Hu. 160°C) permite que os eletrólitos se infiltrem com eficiência nos materiais dos eletrodos, semelhante a uma bateria líquida. Além disso, a deformabilidade dos eletrólitos facilita a viabilidade do aumento de escala através da produção de filmes finos através de um processo de laminação."

A classe de vidro inorgânico identificada por esta equipe de pesquisadores tem uma combinação única de propriedades inorgânicas, incluindo alta condutividade iônica, forte resistência à oxidação e característica flexível semelhante a polímero que permite compatibilidade com cátodos amplamente utilizados. Nos testes iniciais, os eletrólitos baseados neste vidro alcançaram resultados altamente promissores, infiltrando-se nos materiais dos eletrodos e também nos eletrólitos líquidos.

Notavelmente, os eletrólitos da equipe também poderiam ser fáceis de aumentar e podem ser fabricados usando processos de fabricação existentes. Por serem baseados em materiais deformáveis, poderiam ser produzidos em larga escala através de processos simples de laminação.

"Demonstramos que não existe uma fronteira óbvia entre eletrólitos de polímeros orgânicos e eletrólitos inorgânicos", acrescentou Hu. "Os eletrólitos inorgânicos também podem ter propriedades mecânicas semelhantes às do polímero, o que permite células de estado sólido baseadas em Li e Na sem pressão. Em nossos próximos estudos, planejamos explorar alguns outros eletrólitos VIGLAS semelhantes com Li/Na- estabilidade do ânodo metálico."

Mais informações: Tao Dai et al, Eletrólitos de vidro inorgânicos com viscoelasticidade semelhante a polímero, Nature Energy (2023). DOI:10.1038/s41560-023-01356-y
Informações do diário: Energia da Natureza

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