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Jul 08, 2023

A autonomia dos carros elétricos pode ser aumentada pela nova tecnologia revolucionária de baterias

Como o mercado de veículos elétricos tem experimentado um rápido crescimento, com vendas ultrapassando US$ 1 trilhão em 2022 e vendas domésticas superiores a 108.000 unidades, portanto, a demanda por baterias de alta capacidade

Dado que o mercado de veículos eléctricos tem registado um rápido crescimento, com vendas a ultrapassar os 1 bilião de dólares em 2022 e vendas internas superiores a 108.000 unidades, a procura por baterias de alta capacidade que possam alargar a autonomia dos carros eléctricos está a crescer.

Uma equipe de pesquisadores da POSTECH e da Universidade Sogang desenvolveu o material anódico a partir de um aglutinante polimérico funcional para atender a essas demandas crescentes.

O artigo correspondente do estudo, 'Layering Charged Polymers Enable Highly Integrated High-Capacity Battery Anodes', foi publicado na Advanced Functional Materials.

A equipe, liderada pelos professores Soojin Park e Youn Soo Kim da POSTECH e pelo professor Jaegeon Ryu da Sogang, trabalhou para aumentar o alcance dos carros elétricos por meio de ânodos de alta capacidade.

Eles desenvolveram um aglutinante polimérico carregado para um material anódico de alta capacidade que é estável e confiável, oferecendo uma capacidade dez vezes ou superior à dos ânodos de grafite convencionais. Essa conquista inovadora foi alcançada com a substituição do grafite por um ânodo de Si, que foi combinado com polímeros carregados em camadas, mantendo a estabilidade e a confiabilidade.

Materiais anódicos de alta capacidade, como o silício, são essenciais para aumentar a autonomia dos carros elétricos. Isso ocorre porque eles criam baterias de íons de lítio de alta densidade energética e oferecem pelo menos dez vezes a capacidade do grafite ou de outros materiais anódicos atualmente disponíveis.

O que os pesquisadores consideraram desafiador durante esta etapa foi que a expansão do volume de materiais anódicos de alta capacidade durante a reação com o lítio representa uma ameaça ao desempenho e estabilidade da bateria. Para mitigar esse problema, os pesquisadores investigaram ligantes poliméricos que podem controlar efetivamente a expansão volumétrica.

Até o momento, a pesquisa em torno de baterias e densidade de energia concentrou-se principalmente na reticulação química e nas ligações de hidrogênio.

A reticulação química envolve ligações covalentes entre moléculas de ligante, tornando-as sólidas, mas tem uma falha fatal – uma vez quebradas, as ligações não podem ser restauradas. Por outro lado, a ligação de hidrogênio é uma ligação secundária reversível entre moléculas com base nas diferenças de eletronegatividade, mas sua força (10-65 kJ/mol) é relativamente fraca.

No entanto, o novo polímero aumenta a autonomia do carro elétrico ao utilizar ligações de hidrogênio e forças coulombianas (atração entre cargas positivas e negativas). Essas forças têm uma intensidade de 250 kJ/mol, muito superior à das ligações de hidrogênio, mas são reversíveis, facilitando o controle da expansão volumétrica.

A superfície dos materiais anódicos de alta capacidade é principalmente carregada negativamente, e os polímeros carregados em camadas são dispostos alternadamente com cargas positivas e negativas para se ligarem efetivamente ao ânodo. Além disso, a equipe introduziu o polietilenoglicol para regular as propriedades físicas e facilitar a difusão do íon-lítio, resultando no eletrodo espesso de alta capacidade e na densidade máxima de energia encontrada nas baterias de íon-lítio.

O professor Soojin Park concluiu: “A pesquisa tem potencial para aumentar significativamente a densidade de energia das baterias de íons de lítio por meio da incorporação de materiais anódicos de alta capacidade, ampliando assim a autonomia dos carros elétricos.

Os materiais anódicos à base de silício poderiam potencialmente aumentar a autonomia em pelo menos dez vezes.”

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