Lã metálica abre caminho para baterias do futuro

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/06/2025

A densidade de energia do �nodo pode ser aumentada em at� 85% com contatos de l� met�lica, resultando em uma densidade de energia aproximadamente 40% mais alta para a bateria como um todo.
[Imagem: Batene]

L� met�lica

Trocar as folhas met�licas nos eletrodos por espumas met�licas pode dar um salto de efici�ncia nas baterias.

Pesquisadores do Instituto Max Planck, na Alemanha, descobriram que usar como material de contato nos eletrodos das baterias uma esp�cie de l� met�lica acelera significativamente o transporte dos �ons, o que possibilita a constru��o de eletrodos significativamente mais espessos do que o padr�o atual.

Isso significa que aproximadamente metade do metal de contato - a l� tem menos material do que uma folha s�lida - e outros materiais que n�o contribuem para o armazenamento de energia podem ser economizados, aumentando significativamente a densidade energ�tica das baterias.

A maior vantagem dos contatos de l� met�lica � que os �ons de l�tio s�o transportados muito rapidamente atrav�s de uma dupla camada el�trica na superf�cie do novo contato. Nos prot�tipos constru�dos pela equipe, a densidade de energia dos eletrodos de l� met�lica aumentou em at� 85% em compara��o com os eletrodos de folha convencionais.

As c�lulas de bateria de �ons de l�tio atuais t�m uma estrutura e processo de fabrica��o muito complexos (� esquerda). L�s met�licas simplificam o projeto e a fabrica��o e reduzem a utiliza��o de materiais passivos, tornando as baterias mais baratas e mais potentes (� direita).
[Imagem: Batene]

Compromisso

"A base para isso � um mecanismo at� ent�o desconhecido que descobrimos no transporte de �ons em eletrodos," conta Joachim Spatz, membro da equipe.

Os eletrodos de bateria consistem em um material de contato e um material ativo. O material de contato - hoje, uma folha de cobre para o terminal negativo das baterias de �ons de l�tio e uma folha de alum�nio para o terminal positivo - serve apenas para transportar a corrente de e para o eletrodo. O material ativo � o material de armazenamento, que absorve e libera a carga durante a carga e a descarga.

Hoje, os fabricantes de baterias usam grafite no terminal negativo e v�rios compostos inorg�nicos contendo l�tio no terminal positivo. O material ativo � poroso, de modo que o eletr�lito l�quido possa penetrar nele.

Embora os materiais ativos comumente usados hoje absorvam bastante carga, eles conduzem �ons muito mal - � o velho dilema entre condu��o eletr�nica e condu��o i�nica. Os �ons precisam migrar atrav�s do eletr�lito l�quido para o material ativo. Mas, como eles est�o embalados em uma camada de mol�culas de eletr�lito e s�o relativamente volumosos, eles se movem lentamente atrav�s do eletr�lito - eles tamb�m n�o avan�am bem no pr�prio material ativo.

Isso coloca os fabricantes de baterias diante de um dilema: Ou eles fazem os eletrodos espessos, para que sua densidade de energia seja a mais alta poss�vel, mas ent�o as baterias n�o podem ser carregadas e descarregadas rapidamente, ou ent�o eles fazem os eletrodos extremamente finos e aceitam que a densidade de energia diminuir� para obter carga e descarga r�pidas.

L� met�lica resolve e custa menos

Ante esse compromisso entre as duas propriedades, os fabricantes de baterias hoje optam por eletrodos com cerca de um d�cimo de mil�metro de espessura. Usando a nova l� met�lica, esses eletrodos poder�o ser 10 vezes mais espessos, e ainda v�o carregar e descarregar rapidamente.

O que acontece � que os �ons de l�tio se desprendem de sua camada molecular sobre uma superf�cie de cobre, depositam-se ali e formam uma dupla camada el�trica, com el�trons que se acumulam sob a superf�cie met�lica, conhecida como camada de Helmholtz.

"Usando uma configura��o de medi��o especialmente desenvolvida e c�lculos te�ricos, demonstramos que os �ons de l�tio se movem atrav�s da camada de Helmholtz cerca de 56 vezes mais r�pido do que atrav�s do eletr�lito," disse Spatz. "As superf�cies met�licas s�o, portanto, uma esp�cie de autoestrada para os �ons met�licos."

Ainda mais, os eletrodos de l� met�lica n�o s�o apenas significativamente mais potentes do que os eletrodos de folha met�lica, como tamb�m s�o mais f�ceis e mais baratos de fabricar porque, na produ��o das baterias atuais, os fabricantes precisam aplicar finas camadas de material ativo �s folhas de contato em um processo complexo, �s vezes utilizando solventes t�xicos. Em contrapartida, o material ativo pode ser introduzido nas l�s met�licas na forma de p�. "Com o enchimento a seco, podemos provavelmente economizar de 30% a 40% dos custos de produ��o, e as instala��es de produ��o precisam de um ter�o a menos de espa�o," concluiu Spatz.

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