As baterias de íons de lítio continuam a melhorar em termos de desempenho e custo e o cenário está ficando cada vez mais difícil para tecnologias alternativas desafiar o status quo. No entanto, o interesse em baterias de estado sólido, que prometem melhor densidade de energia e segurança, aumentou significativamente nos últimos tempos.
Semelhante às baterias de íons de lítio, as baterias de estado sólido armazenam energia e a liberam para alimentar os dispositivos. Mas, em vez dos eletrólitos de gel líquido ou polimérico usados nas células de íons de lítio, as baterias de estado sólido dependem de um eletrólito sólido.
Com base nesse princípio, pesquisadores da Universidade de Chicago desenvolveram um novo eletrólito sólido à base de sódio que pode manter o desempenho mesmo em temperaturas abaixo de zero.
“Não é uma questão de sódio versus lítio. Precisamos de ambos”, afirmou Y. Shirley Meng, professora de Engenharia Molecular da Família Liew na Escola de Engenharia Molecular Pritzker da UChicago. “Quando pensamos nas soluções de armazenamento de energia de amanhã, devemos imaginar a mesma gigafábrica produzindo produtos baseados em produtos químicos de lítio e sódio.”
A equipe identificou uma estrutura metaestável particular do hidridoborato de sódio com condutividade iônica muito alta. Ao resfriá-lo rapidamente, eles foram capazes de estabilizar sua estrutura cristalina. Este eletrólito sólido foi então emparelhado com um cátodo à base de ozônio revestido com um eletrólito de cloreto para criar cátodos de alta carga de área.
Em seguida, a espessa camada catódica foi combinada com um ânodo de liga de alta capacidade. Esse emparelhamento, juntamente com o rápido resfriamento do hidridoborato de sódio, efetivamente “trava” a estrutura cristalina do material, permitindo a rápida mobilidade do íon de sódio (Na⁺).
“Simulações de dinâmica molecular de alto rendimento revelam que a propensão ao movimento do ânion aumenta significativamente a população de Na⁺ altamente móvel sem afetar a energia de ativação”, explicaram os pesquisadores.
“Esta estrutura metaestável do hidridoborato de sódio exibe condutividade iônica pelo menos dez vezes maior do que a relatada anteriormente – e três a quatro ordens de magnitude maior do que seu precursor”, disse o co-autor Sam Oh.
A equipe acredita que o uso de cátodos mais espessos pode aumentar a densidade de energia das baterias de estado sólido. “Ainda é uma longa jornada, mas essa pesquisa abre novas possibilidades para a tecnologia”, disse Oh.
O trabalho de pesquisa pode ser encontrado em “Metastable sodium closo-hydridoborates for all-solid-state batteries with thick cathodes”, publicado em Joule.
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