Alumínio mostra potencial para baterias mais seguras e baratas

Jul 12, 2023

Uma boa bateria precisa de duas coisas: alta densidade de energia para alimentar os dispositivos; e estabilidade, para que possa ser recarregado milhares de vezes com segurança e confiabilidade. Nas últimas três décadas, as baterias de iões de lítio reinaram supremas – comprovando o seu desempenho em smartphones, computadores portáteis e veículos elétricos.

Mas os pesquisadores de baterias começaram a se aproximar dos limites do íon-lítio. À medida que veículos de longo alcance e aeronaves eléctricas da próxima geração começam a chegar ao mercado, aumenta a procura por sistemas de baterias mais seguros, mais baratos e mais potentes que possam superar o desempenho do ião-lítio.

Uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia, liderada pelo engenheiro Matthew McDowell, está usando papel alumínio para criar baterias com maior densidade de energia e maior estabilidade. O novo sistema de baterias da equipa, detalhado na Nature Communications, poderia permitir que os veículos eléctricos funcionassem durante mais tempo com uma única carga e seria mais barato de fabricar, ao mesmo tempo que teria um impacto positivo no ambiente.

"Um dos benefícios do nosso ânodo de alumínio é que ele permite melhorias de desempenho e pode ser muito econômico"

-McDowell

Este trabalho foi realizado em parte no Instituto Tecnológico de Eletrônica e Nanotecnologia da Geórgia, membro da Infraestrutura Coordenada Nacional de Nanotecnologia, que é apoiada pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA.

“Estamos sempre em busca de baterias com maior densidade de energia, o que permitiria aos veículos elétricos percorrer distâncias mais longas com carga”, disse McDowell. “Podemos usar alumínio como material de bateria porque é econômico, altamente reciclável e fácil de trabalhar.”

Quando usado em uma bateria convencional de íons de lítio, o alumínio fratura e falha dentro de alguns ciclos de carga-descarga devido à expansão e contração à medida que o lítio entra e sai do material. Os desenvolvedores concluíram que o alumínio não era um material viável para baterias e a ideia foi amplamente abandonada.

Agora, as baterias de estado sólido entraram em cena. Embora as baterias de íon de lítio contenham um líquido inflamável que pode causar incêndios, as baterias de estado sólido contêm um material sólido que não é inflamável e, portanto, provavelmente mais seguro. As baterias de estado sólido também permitem a integração de novos materiais ativos de alto desempenho.

Os pesquisadores adicionaram pequenas quantidades de outros materiais ao alumínio para criar folhas com "microestruturas" específicas ou arranjos de materiais diferentes. Os engenheiros testaram mais de 100 materiais diferentes para entender como eles se comportariam nas baterias.

O ânodo de alumínio poderia armazenar mais lítio do que os materiais anódicos convencionais e, portanto, mais energia. No final, os pesquisadores criaram baterias de alta densidade de energia que poderiam superar as baterias de íon-lítio.

“Um dos benefícios do nosso ânodo de alumínio é que ele permite melhorias de desempenho e pode ser muito econômico”, disse McDowell. "Ao usar uma folha diretamente como componente de bateria, na verdade removemos muitas etapas de fabricação que normalmente seriam necessárias para produzir um material de bateria."

Aeronaves elétricas de curto alcance estão em desenvolvimento por diversas empresas, mas o fator limitante são as baterias. As baterias atuais não possuem energia suficiente para alimentar as aeronaves para voar distâncias superiores a 240 quilômetros ou mais. São necessários novos produtos químicos para baterias, e as baterias de ânodo de alumínio da equipe podem abrir a porta para tecnologias de baterias mais potentes.