Uma bateria atinge 467 Wh/kg graças à prata: estas são as consequências para o carro elétrico

Conseguir uma bateria que armazene mais energia sem aumentar seu peso é uma das principais obsessões dos desenvolvedores. Mas de pouco serve alcançar um valor impressionante se a capacidade é perdida rapidamente com as recargas. Uma equipe da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong apresentou uma proposta que resolve ambos os problemas usando um aditivo à base de prata.

O trabalho, liderado pelo professor Shao Minhua, alcançou uma densidade energética de 467 Wh/kg em uma célula do tipo bolsa. Por outro lado, uma célula de botão manteve 90% de sua capacidade após 200 ciclos.

Como a prata ajuda nas baterias sem ânodo

A proposta parte de uma arquitetura denominada “sem ânodo inicial”. Em vez de incorporar desde a fabricação um material ativo no eletrodo negativo, utiliza-se um coletor de corrente de cobre sobre o qual o lítio é depositado durante a carga. Eliminar esse material inicial permite reduzir o peso e abre caminho para simplificar a fabricação.

O problema surge quando o lítio começa a se depositar. A superfície do cobre não favorece uma distribuição uniforme, o que pode levar à formação de dendritos, estruturas semelhantes a agulhas que prejudicam o funcionamento da célula e podem causar curtos-circuitos internos. A estabilidade da camada protetora que se forma na superfície do eletrodo, conhecida como SEI, também é fundamental.

Para melhorar esse comportamento, os pesquisadores incorporaram ao eletrólito um aditivo multifuncional chamado AMI, que contém íons de prata. Sua função vai além de simplesmente adicionar um ingrediente à mistura: ele desencadeia uma série de processos após a montagem da célula para modificar o cobre, regular o depósito do lítio e reforçar a proteção do eletrodo.

A prata facilita que o lítio se deposite de forma mais uniforme. Ao mesmo tempo, o aditivo contribui para formar uma camada protetora com uma zona interna rica em componentes orgânicos e outra externa rica em componentes inorgânicos. O objetivo é permitir o movimento dos íons e manter uma barreira estável durante as sucessivas cargas e descargas.

A isso se soma uma reação de polimerização no eletrólito que gera um gel quase sólido. Este ajuda a manter o contato entre o eletrodo e o eletrólito, um dos pontos delicados dessas baterias. Portanto, não estamos diante de uma bateria completamente de eletrólito sólido, mas sim diante de uma configuração quase sólida que busca melhorar a estabilidade de suas interfaces.

O que demonstram os testes e o que ainda precisa ser resolvido

O estudo original, publicado na Nature Communications, traz um detalhe importante: a conservação de 90% foi alcançada com uma célula de cátodo LFP testada a 0,1 C, um ritmo lento que não permite tirar conclusões sobre carregamento rápido. A célula de tipo pouch, com cerca de 2 Ah e cátodo NCM811, atingiu 467 Wh/kg, calculados com base no peso total da célula. São formatos e químicas diferentes.

Para um carro elétrico, uma maior energia por quilo poderia se traduzir em mais autonomia com um peso semelhante, ou em uma bateria mais leve mantendo sua capacidade. Mas esse valor refere-se a uma única célula: um conjunto completo precisa incluir estrutura, conexões, sistema de refrigeração e sistemas de controle, cujo peso também é levado em consideração.

O interesse deste trabalho está em tentar resolver vários problemas com um mesmo processo. Agora resta verificar se essa vantagem se mantém ao aumentar o tamanho das células e as exigências de uso, e quanto custa colocá-la em produção. A prata apresentou um resultado interessante no laboratório; seu próximo teste será mantê-la fora dele.

Fonte | Nature