Diagrama representando a estabilização de uma bateria totalmente de estado sólido baseada em ânodo de metal de lítio através do mecanismo de eletrodeposição inferior. Crédito: POSTECH
O avanço na tecnologia de baterias totalmente de estado sólido com um novo método de eletrodeposição aumenta a eficiência e a vida útil.
Uma equipe de pesquisa, composta pelo professor Soojin Park do Departamento de Química, pelo candidato a doutorado Sangyeop Lee da Divisão de Ciência de Materiais Avançados, e pelo Dr. Sungjin Cho e pelo aluno de mestrado Hyunbeen Choi do Departamento de Química da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang ( POSTECH), e o Dr. Jin Hong Kim e o Dr. Hongyeul Bae do POSCO N.EX.T Hub, melhoraram recentemente com sucesso o desempenho e a durabilidade de baterias totalmente de estado sólido. Este avanço foi possível através da implementação de uma nova abordagem conhecida como eletrodeposição inferior.(1) Sua pesquisa foi publicada na revista internacional Pequeno.
Enfrentando os desafios da segurança da bateria
Utilizadas em diversas aplicações, como veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia, as baterias secundárias geralmente dependem de eletrólitos líquidos. No entanto, a inflamabilidade dos eletrólitos líquidos representa risco de incêndio. Isso estimula esforços contínuos de pesquisa para explorar o uso de eletrólitos sólidos e do metal lítio (Li) em baterias totalmente de estado sólido, oferecendo uma opção mais segura.
Na operação de baterias totalmente de estado sólido, o lítio é revestido em um ânodo e o movimento dos elétrons é aproveitado para gerar eletricidade. Durante o processo de carga e descarga, o lítio metálico passa por um ciclo de perda de elétrons, transformando-se em um íon, recuperando elétrons e sendo eletrodepositado de volta à sua forma metálica. No entanto, a eletrodeposição indiscriminada de lítio pode esgotar rapidamente o lítio disponível, levando a uma redução significativa no desempenho e durabilidade da bateria.
Inovações em proteção anódica
Para resolver este problema, a equipe de pesquisa colaborou com o POSCO N.EX.T Hub para desenvolver uma camada de proteção anódica composta por um ligante funcional (PVA-g-PAA)(2) para baterias totalmente de estado sólido. Esta camada exibe propriedades excepcionais de transferência de lítio, evitando a eletrodeposição aleatória e promovendo um processo de ‘eletrodeposição inferior’. Isso garante que o lítio seja depositado uniformemente na parte inferior da superfície do ânodo.
Usando microscópio eletrônico de varredura (MEV), a equipe de pesquisa conduziu uma análise que confirmou a eletrodeposição estável e o descolamento(3) de íons de lítio. Isso reduziu significativamente o consumo desnecessário de lítio. As baterias totalmente de estado sólido desenvolvidas pela equipe também demonstraram desempenho eletroquímico estável por longos períodos, mesmo com metal de lítio tão fino quanto 10 micrômetros (μm) ou menos.
O professor Soojin Park, que liderou a pesquisa, expressou seu compromisso dizendo: “Desenvolvemos um sistema de bateria totalmente em estado sólido duradouro por meio de uma nova estratégia de eletrodeposição”. Ele acrescentou: “Com mais pesquisas, pretendemos fornecer maneiras mais eficazes de aumentar a vida útil da bateria e aumentar a densidade de energia”. Com base nas descobertas colaborativas, a POSCO Holdings planeja avançar para a comercialização de ânodos metálicos de lítio, um material essencial para a próxima geração de baterias secundárias.
Notas
- Eletrodeposição
O método de depositar um metal em um eletrodo submerso em um eletrólito, passando uma corrente elétrica através do eletrólito - PVA-g-PAA
Poli (álcool vinílico)-enxerto-poli (acrílico ácido) - Desanexar
Para romper ou separar, um fenômeno onde o metal de lítio perde elétrons e se transforma em íons de lítio
Referência: “A deposição inferior permite baterias estáveis de estado sólido com ânodo metálico de lítio ultrafino” por Sangyeop Lee, Sungjin Cho, Hyunbeen Choi, Sungho Kim, Insu Jeong, Yubin Lee, Taesun Choi, Hongyeul Bae, Jin Hong Kim e Soojin Park , 15 de fevereiro de 2024, Pequeno.
DOI: 10.1002/smll.202311652
A pesquisa foi conduzida com o apoio da POSCO Holdings, do Ministério do Comércio, Indústria e Energia e do Instituto Coreano de Planejamento e Avaliação de Tecnologia Industrial (KEIT).
