Bateria de lítio de estado sólido mais próxima da realidade

Redação do Site Inovação Tecnológica -  11/04/2019

Um material superiônico é aquele que possui porosidades em sua estrutura cristalina que permitem que os íons fluam facilmente em uma ampla gama de condições[Imagem: Sangryun Kim/Shin-ichi Orimo]

Bateria de estado sólido

Será que estamos finalmente frente a um avanço real no campo das baterias, tecnologicamente "estacionado" há anos?

Pesquisadores japoneses desenvolveram um novo material que pode resultar em uma bateria de lítio totalmente de estado sólido - sem eletrólitos líquidos - e com a maior densidade de energia já alcançada.

Baterias de estado sólido incorporando um anodo de lítio metálico têm potencial de resolver os problemas de densidade de energia das baterias convencionais de íons de lítio. Mas, até agora, seu uso em células práticas tem sido limitado pela alta resistência à transferência dos íons de lítio, causada principalmente pela instabilidade do eletrólito sólido contra o metal lítio.

Este novo eletrólito sólido, que apresentou uma alta condutividade iônica e alta estabilidade contra o lítio metálico, pode, portanto, ser um verdadeiro avanço para as baterias totalmente de estado sólido.

O material é um hidreto de lítio superiônico formado por aglomerados de hidrogênio.

"Esperamos que este desenvolvimento não apenas inspire futuros esforços para encontrar condutores superiônicos de lítio baseados em hidretos complexos, mas também abra uma nova tendência no campo dos materiais eletrolíticos sólidos que possam levar ao desenvolvimento de dispositivos eletroquímicos de alta densidade de energia," disse o professor Sangryun Kim, da Universidade Tohoku.

Bateria de lítio sólida

O lítio é considerado o material anódico definitivo para baterias totalmente de estado sólido porque esse metal possui a maior capacidade teórica (3.860 mAh/g) e o potencial mais baixo (-3,04 V contra um eletrodo de hidrogênio padrão) entre os materiais anódicos conhecidos.

Os eletrólitos sólidos condutores de íons de lítio são um componente-chave de todas as baterias de estado sólido porque a condutividade iônica e a estabilidade do eletrólito sólido determinam o desempenho da bateria.

O problema é que a maioria dos eletrólitos sólidos existentes tem instabilidade química/eletroquímica ou um contato físico ruim com o metal lítio, causando inevitavelmente reações colaterais indesejadas na interface. Essas reações resultam em um aumento na resistência, degradando consideravelmente o desempenho da bateria durante ciclos repetidos.

"Devido à sua baixa condutividade iônica, o uso de hidretos complexos com o anodo de lítio metálico nunca foi tentado em baterias práticas. Portanto, estávamos muito motivados para ver se o desenvolvimento de um hidreto complexo que apresentasse condutividade superiônica de lítio a temperatura ambiente poderia permitir o uso de um anodo de lítio metálico. E funcionou," disse Kim.

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Bibliografia:

A complex hydride lithium superionic conductor for high?energy?density all?solid?state lithium metal batteries
Sangryun Kim, Hiroyuki Oguchi, Naoki Toyama, Toyoto Sato, Shigeyuki Takagi, Toshiya Otomo, Dorai Arunkumar, Naoaki Kuwata, Junichi Kawamura, Shin-ichi Orimo
Nature Communications
DOI: 10.1038/s41467-019-09061-9