Fraunhofer ISE aumenta a densidade energética das células de bateria
O Fraunhofer ISE desenvolveu uma nova arquitetura para células de bateria que, segundo se afirma, permite uma densidade energética 10 a 15% maior com o mesmo peso. Essa abordagem utiliza eletrodos significativamente mais espessos, o que reduz a necessidade de coletores de corrente. Isso também pode ser de interesse para veículos elétricos.
Produção semiautomática de células de bateria no Fraunhofer ISE
Imagem: Fraunhofer ISE
O desenvolvimento de células de bateria com maior densidade energética, mantendo o mesmo peso, permite que mais energia seja armazenada no mesmo espaço. Isso traz vantagens para sistemas de armazenamento de bateria em instalações fixas, que foram objeto de três projetos de pesquisa financiados pelo Governo Federal Alemão no Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energia Solar ISE, em Freiburg. As descobertas obtidas também podem ser aplicadas a baterias de tração para veículos elétricos, onde uma maior densidade energética poderia aumentar o alcance do veículo.
Nos projetos no Fraunhofer ISE, o instituto colaborou com vários parceiros para desenvolver uma nova arquitetura para células de bateria que alcance maior densidade energética. Os pesquisadores focaram nos eletrodos, aumentando a espessura de seu revestimento em mais de três vezes: em vez dos típicos 100 a 200 micrômetros anteriormente, eles aplicaram revestimentos de até 800 micrômetros.
Células de bateria com densidade energética 10 a 15% maior
De acordo com a instituição de pesquisa, isso aumentou a densidade energética das células em 10 a 15%, dependendo do tipo e do design da bateria. A explicação é que, em uma célula de bateria, os revestimentos dos eletrodos e os coletores de corrente se alternam em muitas camadas finas. O revestimento contém o material ativo que armazena energia, enquanto os coletores de corrente conduzem a corrente elétrica. Ao tornar os eletrodos mais espessos, são necessárias menos dessas camadas – e, portanto, menos coletores de corrente. Isso permite mais espaço para o material ativo com o mesmo peso da célula.
“Normalmente, o ânodo e o cátodo – os dois eletrodos de uma célula de bateria – são compostos por muitas camadas finas e alternadas de revestimento do eletrodo e coletores de corrente”, explica o Dr. Oliver Fitz, líder do grupo de Tecnologia de Células de Bateria no Fraunhofer ISE. “Conseguimos aumentar a espessura do revestimento do eletrodo de 100 para 200 micrômetros, valor padrão anteriormente, até 800 micrômetros, reduzindo assim significativamente a quantidade de coletores de corrente necessários. Como resultado, temos muito mais espaço para o material ativo, o que aumenta a densidade energética em 10 a 15 por cento, dependendo do tipo e do design da bateria.”
Foco em aplicações de sistemas de armazenamento de bateria
No entanto, o conceito ainda não está pronto para produção em série. De acordo com a Fraunhofer ISE, os resultados do projeto demonstram, ao contrário, uma “abordagem promissora para a futura industrialização dessa nova arquitetura de eletrodo e célula”. As novas células de bateria são particularmente interessantes para uso em sistemas de armazenamento de energia por baterias (BESS), mas também em veículos elétricos.
A equipe de pesquisa desenvolveu o novo design de eletrodo e célula como parte dos projetos “VORAN – Armazenamento Inovador de Baterias de Íons de Sódio para Aplicações Estacionárias e Móveis” (em andamento até junho de 2027), “INFAB – Baterias de Íons de Zinco para Armazenamento Estacionário de Energia – Fabricação e Montagem” (concluído) e “WinZIB2 – Sistema Inovador de Baterias de Íons de Zinco Disponível Globalmente”, todos financiados pelo Governo Federal Alemão.