A nova bateria de lítio da Universidade Cornell, capaz de carregar em menos de cinco minutos, marca um avanço significativo na tecnologia de veículos elétricos. Utilizando índio para o ânodo da bateria, esta inovação promete reduzir a ansiedade de autonomia e estimular a adoção mais ampla de veículos elétricos, apesar dos desafios em encontrar materiais alternativos mais leves.
Engenheiros da Universidade Cornell desenvolveram uma nova bateria de lítio capaz de carregar em menos de cinco minutos – mais rápido do que qualquer bateria do mercado – enquanto mantém um desempenho estável durante ciclos prolongados de carga e descarga.
A descoberta poderá aliviar a “ansiedade de autonomia” entre os condutores que temem que os veículos eléctricos não consigam percorrer longas distâncias sem uma recarga demorada.
“A ansiedade de autonomia é uma barreira maior à eletrificação no transporte do que qualquer outra barreira, como o custo e a capacidade das baterias, e identificamos um caminho para eliminá-la usando projetos de eletrodos racionais”, disse Lynden Archer, professor de engenharia e reitor de Faculdade de Engenharia de Cornell, que supervisionou o projeto. “Se você pode carregar uma bateria de EV em cinco minutos, quero dizer, meu Deus, você não precisa de uma bateria grande o suficiente para um alcance de 480 quilômetros. Você pode se contentar com menos, o que poderia reduzir o custo dos VEs, permitindo uma adoção mais ampla.”
Resultados de pesquisa e publicação
O artigo da equipe foi publicado recentemente na revista Joule. O autor principal é Shuo Jin, estudante de doutorado em engenharia química e biomolecular.
As baterias de íons de lítio estão entre os meios mais populares de alimentar veículos elétricos e smartphones. As baterias são leves, confiáveis e relativamente eficientes em termos energéticos. No entanto, demoram horas a carregar e não têm capacidade para lidar com grandes picos de corrente.
Os pesquisadores identificaram o índio como um material excepcionalmente promissor para baterias de carregamento rápido. O índio é um metal macio, usado principalmente para fazer revestimentos de óxido de índio e estanho para telas sensíveis ao toque e painéis solares.
O novo estudo mostra que o índio tem duas características cruciais como ânodo de bateria: uma barreira de energia de migração extremamente baixa, que define a taxa de difusão dos íons no estado sólido; e uma modesta densidade de corrente de troca, que está relacionada com a taxa à qual os íons são reduzidos no ânodo. A combinação dessas qualidades – difusão rápida e cinética de reação superficial lenta – é essencial para carregamento rápido e armazenamento de longa duração.
Inovações no design de baterias
“A principal inovação é que descobrimos um princípio de design que permite que os íons metálicos no ânodo da bateria se movam livremente, encontrem a configuração correta e só então participem da reação de armazenamento de carga”, disse Archer. “O resultado final é que em cada ciclo de carga, o eletrodo está em um estado morfológico estável. É precisamente o que dá às nossas novas baterias de carregamento rápido a capacidade de carregar e descarregar repetidamente ao longo de milhares de ciclos.”
Essa tecnologia, aliada carregamento por indução sem fio nas estradas, reduziria o tamanho – e o custo – das baterias, tornando o transporte eléctrico uma opção mais viável para os condutores.
No entanto, isso não significa que os ânodos de índio sejam perfeitos ou mesmo práticos.
“Embora esse resultado seja empolgante, pois nos ensina como carregar baterias rapidamente, o índio é pesado”, disse Archer. “Aí reside uma oportunidade para modelagem química computacional, talvez usando ferramentas generativas de IA, para aprender quais outras químicas de materiais leves podem atingir os mesmos números Damköhler intrinsecamente baixos. Por exemplo, existem ligas metálicas que nunca estudamos e que possuem as características desejadas? É daí que vem a minha satisfação, que existe um princípio geral em ação que permite a qualquer pessoa projetar um ânodo de bateria melhor que alcance taxas de carga mais rápidas do que a tecnologia de ponta.”
Referência: “Armazenamento de carga rápida e longa duração em baterias de lítio” por Shuo Jin, Xiaosi Gao, Shifeng Hong, Yue Deng, Pengyu Chen, Rong Yang, Yong Lak Joo e Lynden A. Archer, 16 de janeiro de 2024, Joule.
DOI: 10.1016/j.joule.2023.12.022
A pesquisa foi apoiada pelo Programa de Ciências Básicas de Energia do Departamento de Energia dos EUA, por meio do Center for Mesoscale Transport Properties, um Centro de Pesquisa de Fronteiras Energéticas. Os pesquisadores utilizaram o Cornell Center for Materials Research, que é apoiado pelo programa Materials Research Science and Engineering Center da National Science Foundation.
