Fraunhofer ISE otimiza células de bateria: mais energia com o mesmo peso
Foto: Fraunhofer ISE
Juntamente com parceiros da área de pesquisa e indústria, o Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energia Solar ISE modificou a estrutura das eletródas em baterias, permitindo que as células armazenem de 10 a 15 por cento mais energia com o mesmo peso. Isso foi possível porque eles aumentaram a espessura da camada de revestimento das eletródas das baterias – como as de íons de lítio – em mais de três vezes, o que ao mesmo tempo reduziu a quantidade de condutores elétricos dentro da célula.
De acordo com um comunicado, a equipe de pesquisa implementou a nova arquitetura de eletrodos em células de tipo pouch de íons de lítio produzidas para uso industrial. Além disso, eles transferiram com sucesso esse conceito para células de bateria de íons de zinco e íons de sódio.
“Normalmente, a anodo e a cátodo – as duas eletrodos de uma célula de bateria – são compostas por muitas camadas finas alternadas de revestimento eletrodo e condutores de corrente”, explica Oliver Fitz, líder do grupo de tecnologia de células de bateria no Fraunhofer ISE. “Conseguimos aumentar a espessura do revestimento eletrodo dos habituais 100 a 200 micrômetros para até 800 micrômetros, reduzindo assim significativamente a quantidade de condutores de corrente necessários. Como resultado, temos muito mais espaço para material ativo, o que eleva a densidade energética em 10 a 15 por cento, dependendo do tipo e da concepção da bateria.”
A equipe de pesquisa do Fraunhofer ISE validou inicialmente, de forma experimental, a nova arquitetura de eletrodos para baterias de íons de zinco, sódio e lítio em pequenas células de bateria no laboratório. Para as baterias de íons de lítio, eles também fabricaram protótipos de células tipo pouch com a nova estrutura de eletrodos em uma linha de produção semi-automática, localizada na moderna sala seca do Laboratório de Materiais e Produção de Células de Baterias do Fraunhofer ISE. “O conceito da célula pode ser facilmente adaptado a outras químicas de células”, complementa Oliver Fitz.
As eletródas da bateria são livres de PFAS e não utilizam solventes tóxicos na fabricação. Ao desenvolver a nova arquitetura da célula, foi considerada a possibilidade de produção em série futura: segundo os pesquisadores, uma linha potencial de fabricação de eletródas apresenta complexidade de processo significativamente menor em comparação com um sistema de revestimento a úmido, segundo o estado atual da tecnologia. Isso faz com que os custos de investimento sejam muito menores. Os custos operacionais também são reduzidos devido à menor necessidade de área e energia. Com isso, a tecnologia pretende oferecer, especialmente às pequenas e médias empresas, a possibilidade de estabelecer sua própria produção de células de bateria na Alemanha.
De acordo com os responsáveis, os resultados do projeto mostram uma abordagem promissora para uma industrialização futura da arquitetura inovadora de eletrodos e células. A Helmut Hechinger GmbH & Co. KG acompanha o consórcio de pesquisa como parceiro industrial, contribuindo com sua experiência em fabricação. A acp systems AG, também parceira no projeto, desenvolve as instalações necessárias para a produção dos eletrodos.
“Em um sistema energético neutro em termos climáticos, com as fontes de energia voláteis como solar e eólica, os armazenamentos de baterias estacionárias são componentes essenciais para suprir os picos de consumo matutinos e vespertinos”, afirma Andreas Bett, diretor do instituto Fraunhofer ISE. “Na Califórnia, por exemplo, os armazenamentos de baterias já fornecem grande parte da eletricidade à noite. A Alemanha faria bem em desenvolver capacidades de produção para atender à crescente demanda por baterias e, assim, gerar valor no país. Se pudermos contribuir para isso, ficaremos muito felizes.”
O novo design das eletródas ou das células foi desenvolvido pela equipe de pesquisa nos projetos “VORAN – Armazenadores de baterias de íons de sódio inovadores para aplicações estacionárias e móveis” (em andamento até junho de 2027), “INFAB – Baterias de íons de zinco para armazenamento de energia estacionário – Fabricação e montagem” (concluído) e “WinZIB2 – Sistema inovador de baterias de íons de zinco apto para uso mundial” (concluído), em parceria com os colaboradores acp systems AG, Helmut Hechinger GmbH & Co. KG, Universidade de Stuttgart – Instituto de Fotovoltaica (ipv) e o Karlsruher Institut für Technologie/Helmholtz-Institut Ulm. O Ministério Federal da Economia e Energia BMWE financiou as pesquisas nos projetos VORAN e InFAB, enquanto o Ministério Federal da Educação e Pesquisa BMBF apoiou o projeto WinZIB2.
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Sobre o autor
Thomas Langenbucher é especialista em mobilidade elétrica, com experiência profissional na indústria automobilística e no setor financeiro. Desde 2011, ele escreve para o ecomento.de sobre carros elétricos, tecnologias sustentáveis e soluções de mobilidade. Saiba mais.
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