A célula de silício resistiu a 1000 ciclos, mantendo 83% da sua capacidade. Mas isso só foi possível sob uma pressão de 10 bar.

O Fraunhofer ISE, no projeto StrOboBatt, testou uma célula pouch de 25 Ah fabricada manualmente com anodo rico em silício. Após mais de 1000 ciclos completos, manteve mais de 83% da sua capacidade, o que é superior ao limite de 80% considerado mínimo para aplicações comerciais. Se esse resultado puder ser transferido para baterias em série, um carro com a mesma quantidade de células percorrerá distâncias maiores.

O silício oferece muitos benefícios, mas incha bastante

O silício no anodo permite obter uma densidade de energia maior do que a do grafite. O problema é que, durante o carregamento, ele absorve íons de lítio e aumenta seu volume em até 300%, enquanto, durante a descarga, encolhe novamente. O grafite funciona dentro de uma faixa de 10-12%. Esse movimento interrompe o contato elétrico na eletróda e acelera a decomposição do eletrólito, fazendo com que as células com silício envelheçam geralmente muito rapidamente.

A Alemanha utilizou um composto de silício e carbono, que representa 51% do material ativo da ânodo. Eles o combinaram com uma cátodo rico em níquel e todo o conjunto foi produzido em uma linha piloto industrial.

A pressão e a potência de carregamento alteram o resultado

O fator decisivo foi a pressão mecânica aplicada. Com uma pressão axial de 1000 kPa (cerca de 10 bar) durante o carregamento e descarregamento, o contato na eletróda permaneceu estável. Com 300 kPa (cerca de 3 bar), a capacidade útil diminuía significativamente mais rapidamente. Os materiais disponíveis não esclarecem como garantir tal pressão em um pacote automotivo, nem qual é o custo em termos de peso e estrutura.

A segunda conclusão dos testes em condições dinâmicas, semelhantes às de condução: com alta potência, a capacidade diminui mais rapidamente do que em ciclos laboratoriais suaves. Os sistemas de gerenciamento de bateria nos carros futuros terão de levar isso em consideração.

280 Wh/kg medidos, 330 Wh/kg planejados

As células testadas atingiram 280 Wh/kg. O valor de 330 Wh/kg é uma estimativa do Fraunhofer ISE para produção em massa otimizada, e não um resultado de medição. De acordo com o instituto, isso seria 20-35% a mais do que nas atuais células NMC e NCA, e quase o dobro em comparação com as celas LFP.

O instituto faz a conversão para um carro. Com a mesma massa da bateria, o veículo poderia ter quase 100 kWh em vez dos atuais cerca de 75 kWh, e o alcance real de um modelo de tamanho médio aumentaria de aproximadamente 450 km para mais de 600 km. Essa é uma estimativa baseada na densidade energética, não um teste em um carro real.

Há também o aspecto dos materiais. Atualmente, o grafite chega à Europa principalmente de fora, enquanto o silício pode ser obtido e produzido sinteticamente na região. Segundo o instituto, isso permitiria transferir parte do valor agregado para a Europa.

Por enquanto, trata-se de uma única célula de 25 Ah, e não de um pacote para carro. Os materiais não indicam data de lançamento, custo da célula nem informações sobre o parceiro industrial. A resposta sobre se é possível compatibilizar uma pressão de 10 bar com a estrutura da bateria no carro ainda está por vir.

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