Cientistas alemães relatam progresso nas baterias com silício. Elas superaram o marco de mil ciclos.

O silício promete mais energia para as baterias, mas o problema costuma ser a vida útil. Cientistas alemães testaram agora células que suportaram mais de mil ciclos completos.

O silício teve sucesso no teste de vida útil

Pesquisadores do Fraunhofer ISE, na Alemanha, testaram células de lítio-íon com ânodo rico em silício. Após mais de 1.000 ciclos completos, elas mantiveram mais de 83% da capacidade original durante medições de controle. Esse resultado foi obtido pelo projeto StrOboBatt.

A vida útil é uma das principais barreiras para o uso mais amplo de ânodos com alto teor de silício. O instituto considera a superação de mil ciclos, mantendo pelo menos 80% da capacidade, como um importante objetivo de desempenho ao qual o desenvolvimento dessas células está voltado.

As células testadas têm capacidade de 25 Ah, quarenta camadas e um revestimento macio do tipo pouch. Elas foram produzidas em uma linha semiautomática no centro de pesquisa do instituto. Trata-se, portanto, de células multicamadas no formato utilizado na indústria, e não apenas do material em si.

A densidade energética ainda pode aumentar

A célula de pesquisa alcançou uma densidade energética de 280 Wh/kg. Na versão otimizada para uso industrial, os cientistas esperam aproximadamente 330 Wh/kg. O segundo valor representa ainda uma estimativa do potencial da estrutura, e não um resultado medido neste teste.

A ânodo combina silício, carbono e grafite. O composto de silício-carbono constitui 51% do seu material ativo, o que não é o mesmo que 51% de silício puro. Do outro lado da célula, funciona a cátodo NMC com alto teor de níquel.

A maior densidade energética pode ajudar a armazenar mais energia com o mesmo peso das células. Em um carro elétrico, isso poderia contribuir para um alcance maior. No entanto, o benefício específico também depende da estrutura de toda a bateria, do seu resfriamento e do peso.

A pressão desempenha um papel importante

Uma parte importante do teste foi a pressão mecânica externa. Com um valor de 1.000 kPa, ou seja, aproximadamente 10 bar, as células superaram o limite de vida útil estabelecido. Com uma pressão menor, de 300 kPa ou 3 bar, a capacidade útil diminuía muito mais rapidamente.

A pressão ajuda a manter o contato entre os materiais das eletrodos e limita sua separação do substrato. Portanto, para futuros usos, não será apenas a composição química que será decisiva. A estrutura mecânica e o fixação das células também desempenham um papel importante.

Além disso, os cientistas observaram uma diferença crescente entre a capacidade durante o descarregamento lento de controle e o funcionamento em 1C. Portanto, os 83% preservados por si só não refletem o comportamento sob maior carga. O resultado é promissor, mas o instituto não indica uma data para a implementação comercial.

Fontes:

texto original / Mobilizujeme.cz

Fraunhofer ISE

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