Um dos materiais que promete uma melhoria muito significativa neste campo é silício que substitui o grafite com o qual é criada a estrutura anódica na qual os íons de lítio são depositados. É um material muito abundante e barato com uma capacidade de descarga teórica superior à do grafite. Além disso, tem o potencial de aumentar até duas vezes a densidade de energia das baterias.
No entanto, sua maior desvantagem é a alta degradação, o que se traduz em uma curta duração da bateria. As mudanças de volume que o ânodo sofre durante os ciclos de carga e descarga levam ao consumo do eletrólito e do lítio e causam tensões mecânicas que finalmente resultam na perda de condutividade elétrica e iônica.
Um novo material e uma melhoria espetacular
Cientistas do Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), cuja pesquisa foi publicada recentemente na revista Energia da Natureza desenvolveram um revestimento de polímero condutor chamado HOS-PFM o que representa “uma nova orientação no desenvolvimento de baterias para veículos elétricos mais acessíveis e fáceis de fabricar”, explica Gao liu cientista sênior da Área de Tecnologias de Energia do Berkeley Lab, diretor do projeto de pesquisa.
A vantagem deste revestimento é que ele é capaz de conduzem elétrons e íons ao mesmo tempo. Esta propriedade garante a estabilidade da bateria e altas taxas de carga/descarga. O revestimento também exibe excelentes propriedades adesivas, permitindo que a vida útil de uma bateria de íons de lítio seja estendida para uma média de 10 a 15 anos acrescenta Lú.
Para demonstrar as propriedades condutoras e adesivas do HOS-PFM, Liu e sua equipe revestiram eletrodos de silício, combinados com alumínio, e testaram seu desempenho usando-o em uma bateria de íons de lítio. Esses dois materiais são muito leves e oferecem alto potencial de armazenamento de energia. Além disso, são baratas e abundantes, o que afeta o custo final de fabricação das baterias.
Durante experimentos conduzidos nas instalações da Advanced Light Source e Molecular Foundry, os pesquisadores demonstraram que o revestimento HOS-PFM previne significativamente os eletrodos degradam durante os ciclos de carga e descarga da bateria, mantendo intacta a capacidade energética durante 300 ciclos em pé de igualdade com os eletrodos de última geração de hoje.
Liu diz que os resultados são impressionantes, porque as células de íon-lítio à base de silício geralmente têm um número limitado de ciclos, sendo sua vida útil curta uma de suas desvantagens mais negativas.
Este revestimento pode permitir a utilização de eletrodos com teor de até 80% em silício muito elevado, o que se traduz num aumento da densidade energética das baterias de iões de lítio de pelo menos 30%, afirma Liu. Como o silício substitui o grafite, o material usado para criar as microestruturas dos eletrodos atuais, as baterias seriam mais baratas, o que se traduziria em um veículos elétricos básicos mais baratos.
O próximo passo da equipe é trabalhar com diferentes empresas para industrializar a produção em massa do HOS-PFM.