Baterias de estado sólido ficam melhores usando vários metais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/02/2023

As imagens do microscópio eletrônico mostram a distribuição dos elementos em um eletrólito sólido desordenado: Linha superior: titânio (Ti), zircônio (Zr) e estanho (Sn); linha inferior: háfnio (Hf), fósforo (P) e oxigênio (O).
[Imagem: Yan Zeng-Gerd Ceder/Berkeley Lab]

Baterias sólidas

Uma das grandes razões para o crescente interesse em baterias de estado sólido está em nos livrarmos dos eletrólitos líquidos, aqueles que fazem as baterias de íons de lítio eventualmente pegarem fogo - as baterias sólidas também são potencialmente mais baratas e deverão durar muito mais.

Mas desenvolver uma bateria sólida que seja acessível e contenha energia suficiente para abastecer um carro por centenas de quilômetros com uma única carga tem sido um obstáculo desafiador.

A pesquisadora Yan Zeng, do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, nos EUA, acredita ter encontrado uma rota para nos colocar mais próximos desse objetivo.

Em vez de pensar em uma bateria sólida de lítio, ou em uma bateria sólida de sódio, ou de qualquer outro metal, Zeng aposta em usar ligas metálicas, construindo uma bateria sólida híbrida, feita com vários metais.

"Com nossa nova abordagem para baterias de estado sólido, você não precisa abrir mão da economia para obter desempenho. Nosso trabalho é o primeiro a resolver esse problema ao projetar um eletrólito sólido não apenas com um metal, mas com um grupo de metais de baixo custo," disse ela.

Os íons se movem significativamente mais rápido através do eletrólito sólido desordenado (direita) do que em uma bateria de eletrólito sólido convencional (esquerda).
[Imagem: Jenny Nuss/Berkeley Lab]

Bateria multimetal

O que Zeng descobriu é que uma mistura de vários metais resulta em um eletrólito sólido mais condutor e que é menos dependente de uma grande quantidade de um elemento individual, sobretudo de metais raros e caros.

A equipe partiu de protótipos de baterias sólidas de lítio e sódio, as mais avançadas hoje, e trabalhou com a adição de múltiplos metais, fazendo uma espécie de dopagem em larga escala do eletrólito sólido.

Os materiais multimetálicos apresentaram um desempenho melhor do que o esperado, alcançando uma condutividade iônica várias ordens de grandeza mais rápida do que os eletrólitos de metal único - a condutividade iônica é uma medida da rapidez com que os íons de lítio se movem para conduzir as cargas elétricas.

Embora os resultados dos testes sejam inequívocos, a equipe ainda não compreende bem os mecanismos de funcionamento da bateria de múltiplos metais. Eles teorizam que a mistura de muitos tipos diferentes de metais cria novos caminhos - muito parecidos com a adição de vias expressas em uma rodovia congestionada - através dos quais os íons de lítio podem se mover rapidamente através do eletrólito.

Até que tenham essa compreensão, eles precisarão continuar trabalhando na tentativa e erro para descobrir receitas de metais mais eficientes - análises por microscopia eletrônica mostraram que cada eletrólito multimetal é composto de uma fase única, com distorções incomuns dando origem a novas vias de transporte de íons em sua estrutura cristalina.

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