As baterias de estado sólido para veículos elétricos, oferecendo maior densidade de energia e alcance do que as baterias de íons de lítio contemporâneas, permanecem fora de alcance, principalmente devido aos desafios decorrentes da composição do cátodo da bateria. Uma nova composição do cátodo e a técnica de fabricação que o acompanha parecem prontas para superar esse obstáculo.
Um artigo descrevendo o processo de fabricação apareceu na revista Nano Research em 24 de março.

As baterias recarregáveis ​​de estado sólido (aquelas que são completamente sólidas, sem componentes líquidos) há muito são procuradas como a próxima geração de armazenamento de energia, principalmente para veículos elétricos e outras aplicações de mitigação climática. Eles seriam mais leves, mais densos em energia, oferecendo maior alcance e recarga mais rápida do que a atual geração de baterias de íons de lítio.

O eletrólito líquido usado neste último é o meio pelo qual a corrente flui entre os eletrodos positivo e negativo (o cátodo e o ânodo, respectivamente). Mas o líquido torna a bateria pesada. Também é inflamável e os incêndios não são uma ocorrência incomum. Em uma bateria de estado sólido, um eletrólito sólido feito de cerâmica, vidro ou polímero é muito mais seguro, pois não há vazamentos ou respingos durante o transporte e oferece maior densidade de energia, ciclabilidade e vida útil.

A chave para fazer as baterias de estado sólido funcionarem é projetar um bom cátodo que seja capaz de alta tensão de operação e alta capacidade de área. O último termo descreve a quantidade de carga de energia em uma bateria por unidade de área por um determinado período de tempo. A unidade comumente usada para descrever essa quantidade é o miliampere-hora (mAh) - ou a quantidade de carga de energia que permitirá que um ampère de corrente flua por uma hora - em comparação com uma determinada quantidade de área (normalmente medida em centímetros quadrados, ou cm ² ). Em essência, esta medida, mAh/cm ² , oferece uma indicação de quanto tempo uma bateria durará sem precisar recarregá-la, para a quantidade de espaço que ocupa em um dispositivo.

"A maioria das tecnologias de fabricação de cátodos compostos que foram exploradas até agora resulta em baterias que nem mesmo correspondem ao desempenho das baterias comerciais existentes, muito menos as excedem, atingindo cerca de 3 mAh/cm ² ", disse Jizhang Chen, da Faculdade de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade Florestal de Nanjing e principal autor do artigo.

Estas tecnologias catódicas também sofrem com a necessidade de adição de uma quantidade excessiva de aglutinantes e agentes condutores para garantir que todas as partículas ativas sejam uniformemente espalhadas. Isso reduz a densidade do cátodo, aumenta o custo e também produz uma grande resistência na interface do cátodo e eletrodo.

Assim, os pesquisadores desenvolveram uma nova composição catódica e uma técnica de fabricação que supera esses desafios, oferecendo uma alta capacidade de área. A quantidade de aglutinantes e agentes condutores, neste caso hidróxido de lítio e ácido bórico, adicionada é substancialmente reduzida (até cerca de quatro por cento do peso total). Estes são usados ​​como aditivos no processo de sinterização durante a formação do cátodo.

A sinterização é um método de compactar um pó em uma massa sólida por meio de calor ou pressão sem derretê-lo a ponto de se tornar um líquido. Neste caso, no entanto, permanece uma fase líquida para pelo menos alguns componentes, enquanto outros permanecem em pó para aumentar a ligação entre as partículas.

O hidróxido de lítio e o ácido bórico, com seus baixos pontos de fusão, infiltram-se como líquidos em um pó de um composto de lítio rico em níquel (LiNi_0,8 Mn_0,1 Co_0,1 , ou "NMC811") a uma temperatura moderadamente elevada (cerca de 350℃). Isso não só permite um contato físico íntimo entre as partículas do pó, como também reduz a necessidade de uma grande quantidade de aditivos e promove um processo de densificação.

O cátodo composto resultante apresentou desempenho promissor, atingindo uma capacidade de área acima de 8 mAh/cm ² dentro de uma ampla faixa de tensões de até 4,4 V. Espera-se que isso seja usado para fabricar baterias de estado sólido com uma densidade de energia de 500 watts-hora por quilograma (Wh/kg), superando facilmente a energia de 100-265 Wh/kg densidade oferecida pelas baterias de íon de lítio contemporâneas. + Explorar mais

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