Cerâmica dobra energia das baterias de lítio e elimina incêndio

Redação do Site Inovação Tecnológica 

A cerâmica permitiu dobrar a densidade de energia das baterias de lítio. [Imagem: Nathan J. Taylor et al. - 10.1016/j.jpowsour.2018.06.055]

Bateria de lítio metálico

Uma tecnologia de bateria recarregável pode dobrar a potência das células de íons de lítio atuais.

A promessa é - sem ocupar nenhum espaço adicional - aumentar drasticamente a autonomia dos veículos elétricos e o tempo entre recargas dos telefones celulares.

Utilizando um eletrólito de cerâmica de estado sólido, Nathan Taylor e seus colegas da Universidade de Michigan, nos EUA, conseguiram tirar proveito de toda a potência das baterias de lítio metálico sem os históricos problemas de baixa durabilidade e curtos-circuitos.

As baterias de lítio metálico foram deixadas de lado pela tecnologia atual, que usa eletrodos de carbono, justamente pela formação de estrutura nanoscópicas, chamadas dendritos, que causam curtos-circuitos. A introdução da cerâmica promete mudar isto.

"Isso pode mudar o jogo - uma mudança de paradigma no funcionamento de uma bateria," disse o professor Jeff Sakamoto, coordenador da equipe.

Potência das baterias

Há muitas vantagens no retorno às baterias de lítio metálico.

O grafite usado nos eletrodos das baterias atuais pode conter apenas um íon de lítio para cada seis átomos de carbono, o que dá uma capacidade específica de aproximadamente 350 miliamperes por grama (mAh/g). O metal de lítio em uma bateria de estado sólido tem uma capacidade específica de 3.800 mAh/g.

As baterias atuais de íons de lítio atingem uma densidade total de energia em torno de 600 watts-hora por litro (Wh/L) no nível da célula. Em princípio, as baterias de estado sólido podem atingir 1.200 Wh/L.

Para resolver o problema da combustão das baterias de lítio metálico, Taylor criou uma camada de cerâmica que estabiliza a superfície do eletrodo, evitando que os dendritos se formem e impedindo que as baterias peguem fogo se forem muito forçadas.

A cerâmica permite que as baterias aproveitem os benefícios do metal de lítio - densidade de energia e alta condutividade - sem os perigos de incêndios ou degradação ao longo do tempo.

"O que descobrimos é uma abordagem diferente - estabilizar fisicamente a superfície metálica de lítio com uma cerâmica," disse Sakamoto. "[A cerâmica] não é combustível. Nós fizemos isso a mais de 980 graus Celsius no ar ambiente. E não há líquido, que é o que normalmente alimenta a bateria que você vê. Você se livra desse combustível, então se livra da combustão."

Bibliografia:

Demonstration of high current densities and extended cycling in the garnet Li7La3Zr2O12 solid electrolyte
Nathan J. Taylor, Sandra Stangeland-Molo, Catherine G. Haslam, Asma Sharafi, Travis Thompson, Michael Wang, Regina Garcia-Mendez, JeffSakamoto
Journal of Power Sources
Vol.: 396, 31 August 2018, Pages 314-318
DOI: 10.1016/j.jpowsour.2018.06.055