A revolução das baterias de estado sólido

Por Fabio Caixeta Nunes e Fernando de Lima Caneppele, respectivamente mestrando e professor do Departamento de Engenharia de Biossistemas da Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos da USP

Editorias: Artigos - URL Curta: jornal.usp.br/?p=341297
Fabio Caixeta Nunes – Foto: arquivo pessoal
Fernando de Lima Caneppele – Foto: arquivo pessoal
O mundo está caminhando em direção ao desenvolvimento sustentável, buscando reduzir a emissão de CO2 proveniente de combustíveis fósseis. O surgimento dos veículos elétricos (ou híbridos) e sistemas de armazenamento de energia são exemplos de produtos desenvolvidos para diminuir o impacto ambiental. A ciência dos materiais, se inspirando na natureza, permite o desenvolvimento ou aprimoramento dos materiais para revolucionar o armazenamento de energia. As baterias no estado sólido são vistas com uma perspectiva positiva, em função de suas propriedades que permitem aumentar a densidade de corrente em até 10 vezes, aperfeiçoando o desempenho, segurança e ciclo de vida. Segundo o estudo de Lim e colaboradores (2020), do Instituto de Ciência e Tecnologia de Seul, esses materiais, diferentemente das baterias convencionais, são compostos de camadas sólidas que permitem um sistema eficiente de armazenamento de energia, com maior vida útil, sem o uso de líquidos voláteis e inflamáveis, minimizando os riscos ao meio ambiente.

A grande inovação das baterias de estado sólido é o aprimoramento da estabilidade por meio de intercamadas, que permitem uma maior passagem de corrente. As baterias são compostas de um eletrólito sólido, envolto por camadas de lítio metálico (que atua como anodo). Atualmente, há estudos que utilizam materiais poliméricos e cerâmicos como eletrólito. Entretanto, devido à sua alta condutividade iônica e natureza não higroscópica, o eletrólito cerâmico LAGP (Li1,5Al0,5Ge1,5(PO4)3) tem se destacado de forma significativa nos últimos anos (Sun et al., 2020). Este material nanoparticulado, isto é, com partículas em dimensões nanométricas (10-9 m) pode revolucionar a forma de armazenar energia nos dispositivos eletrônicos.

O grande desafio dos pesquisadores, no entanto, tem sido relacionado à compatibilização das interfaces sólido-sólido. Os estudos atuais se direcionam justamente no aumento da adesão entre os componentes para maximizar o contato e impulsionar a passagem de corrente com maior estabilidade possível. De acordo com o estudo de Cui (2020), do Instituto de Pesquisa de Armazenamento de Energia Industrial de Qingdao (China), a chave do sucesso das baterias de estado sólido é o aumento da velocidade da transferência de cargas entre as camadas promovendo maior interação. Espera-se que nos próximos cinco anos os consumidores finais tenham acesso a esta nova tecnologia.

Referências
LIM, H. D. et al. A review of challenges and issues concerning interfaces for all-solid-state batteries. Energy Storage Materials, v. 25, n. June 2019, p. 224–250, 2020. doi: 10.1016/j.ensm.2019.10.011
SUN, Z. et al. Preparation and ion conduction of Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 solid electrolyte films using radio frequency sputtering. Solid State Ionics, v. 346, n. November 2019, p. 115224, 2020. doi: 10.1016/j.ssi.2020.115224
CUI, G. Reasonable Design of High-Energy-Density Solid-State Lithium-Metal Batteries. Matter, v. 2, n. 4, p. 805–815, 2020. doi: 10.1016/j.matt.2020.02.003

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