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Energia

Silício cozido com amido dobra autonomia de baterias

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/03/2020

Novo material cozido com amido dobra autonomia de baterias
A receita parece estranha para uma bateria: silício moído cozido no óleo vegetal com amido de batata-doce.
[Imagem: KIST]

Bateria com anodo de silício

Pesquisadores coreanos anunciaram o desenvolvimento de materiais à base de silício que podem aumentar a capacidade das baterias em quatro vezes em comparação aos materiais de grafite usados nas atuais baterias de íons de lítio.

Além da maior capacidade de carga, os anodos de silício permitiram o carregamento rápido das baterias, que atingem 80% da capacidade em apenas cinco minutos.

Quando aplicados a baterias de carros elétricos, por exemplo, espera-se que esses novos materiais mais que dobrem a autonomia desses veículos.

As baterias atualmente instaladas em veículos elétricos produzidos em série usam materiais de grafite no polo positivo (anodo). O silício, com uma capacidade de armazenamento de energia 10 vezes maior que o grafite, tem chamado muito a atenção como um substituto de última geração para o desenvolvimento de baterias melhores.

No entanto, os materiais de silício ainda não chegaram à linha de produção porque seu volume se expande rapidamente e a capacidade de armazenamento diminui significativamente durante os ciclos de carga e descarga. Vários métodos têm sido sugeridos para melhorar a estabilidade do silício, mas o custo e a complexidade desses métodos têm impedido que eles cheguem ao nível comercial.

Receita para uma bateria melhor

Hyun Jung Kwon e seus colegas do Instituto de Ciência e Tecnologia da Coreia do Sul idealizaram uma autêntica receita culinária para lidar com as deficiências do silício nas baterias.

Eles dissolveram silício em óleo, amido em água, e então misturaram tudo e aqueceram em uma espécie de fritura, o que gerou compostos de carbono-silício. Esse processo térmico simples - basicamente o mesmo usado para fritar alimentos - fixou firmemente o carbono e o silício, impedindo a expansão do material durante os ciclos de carga e descarga quando ele é usado como anodo de uma bateria.

Novo material cozido com amido dobra autonomia de baterias
Micrografia das nanopartículas de carbono e silício que formam a nova bateria.
[Imagem: Hyun Jung Kwon et al. - 10.1021/acs.nanolett.9b04395]

Os materiais compósitos desenvolvidos pela equipe demonstraram uma capacidade quatro vezes maior que a dos materiais de anodo de grafite (1.530mAh/g contra 360mAh/g) e permitem que as baterias sejam carregadas com mais de 80% da capacidade em apenas cinco minutos. Os materiais apresentaram uma retenção de capacidade estável por 500 ciclos, sendo este o quesito que deverá ser melhorado rumo à comercialização da tecnologia.

A análise do material mostrou que esferas de carbono formadas no processo impedem a expansão do volume de silício, aumentando assim a estabilidade do anodo de silício. Além disso, o uso de carbono altamente condutor e o rearranjo da estrutura de silício resultaram em um alto rendimento.

"Os processos simples que adotamos e os compósitos com excelentes propriedades que desenvolvemos têm grande probabilidade de serem comercializados e produzidos em massa. Os compósitos podem ser aplicados a baterias de íons de lítio para veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia," disse o professor Hun-Gi Jung, coordenador da equipe.

Bibliografia:

Artigo: Nano/Microstructured Silicon-Carbon Hybrid Composite Particles Fabricated with Corn Starch Biowaste as Anode Materials for Li-Ion Batteries
Autores: Hyun Jung Kwon, Jang-Yeon Hwang, Hyeon-Ji Shin, Min-Gi Jeong, Kyung Yoon Chung, Yang-Kook Sun, Hun-Gi Jung
Revista: Nano Letters
Vol.: 20, 1, 625-635
DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b04395





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