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Pesquisadores desenvolvem bateria inovadora que carrega em menos de 5 minutos

por Blog do Canal

Uma equipe de pesquisa liderada por Lynden Archer, professor e reitor da Cornell Engineering, desenvolveu uma nova bateria de lítio que pode ser carregada em apenas cinco minutos. Isto poderia ajudar a resolver a ansiedade associada ao tempo de carregamento dos veículos eléctricos (VE) e aumentar a sua adopção.

Na sua tentativa de reduzir as emissões provenientes dos transportes, países de todo o mundo procuram electrificar vários modos de transporte. Os transportes rodoviários, como automóveis, autocarros e camiões, lideraram esta transformação, com o objectivo de proibir até a venda de automóveis movidos a combustíveis fósseis na próxima década.

Com os avanços tecnológicos, o carregador comercial mais rápido pode carregar um VE em pelo menos 30 minutos. Embora isto possa ser uma grande melhoria em relação aos ciclos de carga de 8 horas de um carregador doméstico típico, ainda precisa de ser melhorado para a adopção em larga escala de VEs.

“Se você pode carregar uma bateria de EV em cinco minutos, não precisa de uma bateria grande o suficiente para um alcance de 300 milhas”, disse Archer em um comunicado à imprensa. “Você pode se contentar com menos, o que poderia reduzir o custo dos VEs, permitindo uma adoção mais ampla”.

Mudança na abordagem

A equipe de Archer já trabalhou anteriormente no problema de carregamento de baterias de íons de lítio. No entanto, a abordagem da equipe concentrou-se no movimento de íons em eletrólitos e na sua cristalização em ânodos metálicos. A equipe utilizou sua experiência nesses processos para fabricar ânodos mais seguros que oferecem armazenamento de longo prazo.

Para conceber uma bateria de carregamento mais rápido, a equipe adotou uma nova abordagem, concentrando-se na cinética das reações eletroquímicas. Eles analisaram atentamente um conceito chamado número de Damköhler, que mede a taxa de reação e a taxa na qual o material é transportado para um local de reação.

A equipe procurou especificamente materiais com números Damköhler baixos, que tenham taxas de transporte rápidas, e descobriu que um metal macio chamado índio poderia ser usado.

Depois de carregar rapidamente sua nova bateria de lítio, os pesquisadores observaram que seu ânodo de índio tinha uma eletrodeposição suave de lítio, enquanto outros materiais anódicos podem desenvolver dendritos que afetam o desempenho da bateria. Imagem de: Cornell Engineering.

Baterias que carregam em cinco minutos

O índio é usado comercialmente como solda de baixa temperatura para produzir óxido de índio e estanho, um material de revestimento para painéis solares e telas sensíveis ao toque. Os pesquisadores descobriram que o metal tem uma barreira de energia de migração muito baixa, o que pode ajudar a definir a taxa de difusão de íons. Também possui uma boa densidade de corrente de troca, que é a taxa de redução de íons no ânodo. Uma combinação de ambos os fatores resulta em carregamento rápido e armazenamento de longa duração.

“A principal inovação é que descobrimos um princípio de design que permite que os íons metálicos no ânodo da bateria se movam livremente, encontrem a configuração correta e só então participem da reação de armazenamento de carga”, acrescentou Archer. “O resultado final é que, em cada ciclo de carregamento, o eletrodo está em um estado morfológico estável. É precisamente o que dá às nossas novas baterias de carregamento rápido a capacidade de carregar e descarregar repetidamente ao longo de milhares de ciclos.”

O pesquisador sugere que combinar a tecnologia com carregadores sem fio baseados em indução pode ajudar a reduzir o tamanho das baterias necessárias nos veículos, reduzindo também os custos.

No entanto, há também um obstáculo a superar. O índio é muito pesado e pode não ser adequado para fazer baterias. A equipe está agora trabalhando na descoberta de outros materiais leves que possam desempenhar a mesma função do índio.

A pesquisa foi publicada na revista Joule este mês.

Fonte: Interesting Engineering.

Imagem de Paul Brennan por Pixabay

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