Lã metálica abre caminho para baterias do futuro

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Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/06/2025

L? met?lica abre caminho para baterias do futuro

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.

L? met?lica abre caminho para baterias do futuro

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.