Tomamos grande parte da tecnologia ao nosso redor como garantida. Por exemplo, microcomputadores para telefones que funcionam sem recarregar o dia todo. Mas eu quero que o telefone funcione por 3-4 dias sem recarregar. Ou um carro elétrico que pode percorrer 1000 quilômetros, carregar em questão de minutos... e custar menos que um carro com motor a gasolina. Tem havido muita conversa sobre baterias de estado sólido ao longo dos anos, mas como estão as coisas agora? E quanto mais temos que esperar até baterias de estado sólido acabar dentro de nossos dispositivos?
O exemplo mais recente é a Toyota, que anunciou um carro de bateria de estado sólido durante os Jogos Olímpicos de Inverno. As baterias de íons de lítio que usamos hoje, por melhores que sejam, têm certas desvantagens que as baterias de estado sólido tentam resolver.
Ambos os tipos usam lítio para produzir eletricidade e sua estrutura geral é bastante semelhante. Simplificando, eles têm um ânodo (eletrodo negativo), um cátodo (eletrodo positivo) e um eletrólito.
Sua principal diferença está no estado do eletrólito, que ajuda a transferir íons do cátodo para o ânodo durante o carregamento e vice-versa durante a descarga. Em outras palavras, o eletrólito regula o fluxo de corrente elétrica entre os lados negativo e positivo da bateria. Enquanto as baterias de íons de lítio usam eletrólitos líquidos, as baterias de estado sólido, como o nome indica, usam camadas finas de eletrólito sólido.
Os eletrólitos sólidos têm várias vantagens significativas:
À esquerda vemos a estrutura de uma bateria de íons de lítio e à direita vemos a estrutura de uma bateria de estado sólido.
3. Peso e tamanho mais leves: Enquanto o líquido dentro das baterias de íons de lítio as torna mais pesadas, a estrutura compacta das baterias de estado sólido permite maior densidade de energia por unidade de área, o que significa que menos baterias são necessárias.
Em teoria, sim, ou pelo menos é para onde as coisas estão indo. De fato, muitas montadoras já estão investindo nessa tecnologia, incluindo Volkswagen, Toyota, Ford e BMW. No entanto, na prática, células de baterias de estado sólido são produzidas uma a uma em laboratórios, e para trazê-las à produção em massa - uma tarefa cara e ainda insuficientemente desenvolvida.
É difícil desenvolver um eletrólito sólido que seja estável, quimicamente inerte e um bom condutor de íons entre os eletrodos. Além disso, os eletrólitos são muito caros para fabricar e são propensos a rachaduras devido à sua fragilidade quando expandidos e comprimidos durante o uso. Mas talvez à medida que as baterias de íons de lítio gradualmente se tornem mais acessíveis, isso aconteça.
Nos últimos anos, muitos estudos interessantes foram realizados, que visavam resolver esse problema. Os pesquisadores do MIT desenvolveram os chamados condutores mistos de íons e elétrons (MIECs), bem como isoladores eletrônicos e de íons de lítio (ELIs). É uma arquitetura celular tridimensional com tubos MIEC em nanoescala. Os tubos são preenchidos com lítio, que forma o ânodo. Uma parte fundamental dessa descoberta é que a estrutura celular permite espaço para o lítio se expandir e contrair durante o carregamento e descarregamento. Esta "respiração" da bateria evita rachaduras. O revestimento dos tubos ELI atua como uma barreira protegendo-os do eletrólito sólido. Esta é a estrutura de uma bateria de estado sólido, que nos poupa da necessidade de adicionar qualquer líquido ou gel e, portanto, nos permite evitar dendritos.
Uma empresa chamada Sistemas de armazenamento de íons desenvolveram um eletrólito cerâmico ultrafino com cerca de 10 micrômetros de espessura, aproximadamente a mesma espessura dos separadores plásticos modernos que usam eletrólitos líquidos. Cada lado do eletrólito cerâmico é revestido com uma camada superfina de óxido de alumínio que ajuda a reduzir a resistência. O protótipo da bateria tem uma capacidade energética de cerca de 300 Wh/kg e pode ser carregado em 5-10 minutos. Para efeito de comparação: as modernas baterias NCA atingem uma capacidade energética de cerca de 250 Wh/kg.
Na exposição CES este ano, a Mecedes apresentou o carro-conceito AVTR, feito de materiais ecologicamente corretos, que também possui uma bateria totalmente reciclável. Em uma entrevista, o gerente sênior de pesquisa de baterias da Mercedes, Andreas Hintennach, afirmou que a tecnologia de baterias está atualmente em testes de laboratório e estará pronta em 10 a 15 anos. A CATL (parceira chinesa de baterias da Tesla) também desenvolveu uma amostra de bateria de estado sólido, mas eles informaram que ela não chegará ao mercado até 2030.
Espera-se a produção contínua de baterias de estado sólido Será corrigido a partir de 2025, mas inicialmente não na indústria automotiva.
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