Pesquisadores descobriram um jeito de "rejuvenescer" as baterias de lítio

Sabe aquela sensação de que a bateria do celular está morrendo e que, a cada dia que passa, ela perde um pouco da capacidade de armazenar energia? Isso acontece porque o lítio contido nelas se torna inativo com o tempo, reduzindo sua vida útil e prejudicando o desempenho a longo prazo.

Agora, pesquisadores da Universidade Zhejiang, na China, e do Laboratório Argonne, nos EUA, criaram uma nova técnica capaz de "rejuvenescer" esse lítio “morto”. A estratégia testada pela equipe é baseada em uma reação química conhecida como redox de iodo, quando redução e oxidação ocorrem juntas, transferindo elétrons entre as substâncias.

A química explica

Durante os primeiros ciclos de carregamento, as baterias de íons de lítio produzem uma camada em seus ânodos conhecida como interfase de eletrólito sólido, que garante a eficiência, estabilidade e a segurança das células de energia.

Em uma bateria comum, como as usadas em celulares, a interfase é composta de fluoreto de lítio combinado com carbonato de lítio e carbonato de alquila. Nessas baterias, a variação constante do lítio compromete a integridade física e mecânica dos componentes, o que acaba “matando” boa parte do elemento.

Esquema de restauração do lítio "morto" (Imagem: Reprodução/Argonne Lab)

Com a nova técnica usada pelos cientistas, é possível estimar a quantidade de óxido de lítio na camada de interfase para saber qual o papel dos componentes inativos na produção do lítio isolado eletricamente, o que causa perda gradual de desempenho.

"Uma solução fundamental para recuperar o lítio morto é urgentemente necessária para estabilizar as baterias de metal de lítio”, explica o professor Chengbin Jin.

Rejuvenescimento

Em testes em laboratório, os pesquisadores descobriram que a perda de lítio na interfase e os detritos gerados nesse processo são a principal causa da queda de desempenho das baterias.

A partir destes resultados, eles apresentaram o novo método de restauração usando oxirredução de iodo para compensar a perda de lítio que ocorre entre os intervalos de carga e descarga.

Nos experimentos, os cientistas conseguiram criar uma célula de energia com uma quantidade mínima de lítio no ânodo e uma vida útil de aproximadamente mil ciclos. Com a nova técnica, a eficiência energética da bateria foi de 99,9%, provando que o iodo é capaz de recuperar a maior parte do lítio que se degrada com o tempo.

Lítio recuperado chega a 99,9% (Imagem: Reprodução/Argonne Lab)

Longa duração

Para o futuro, os pesquisadores esperam que a estratégia descoberta pela equipe do professor Jin possa ajudar no desenvolvimento de baterias mais eficientes e com uma vida útil muito superior aos 500 ou 600 ciclos que temos atualmente.

A combinação do lítio com a oxirredução de iodo pode ser o caminho para produção de células de energia que não percam a capacidade de reter carga e não precisem ser substituídas a cada dois ou três anos.

É bom para o nosso bolso e melhor ainda para o meio ambiente. Se pudesse “reviver” a bateria que não segura mais carga, você trocaria de celular com menos frequência?

Fonte: Nature Energy

Bolívia apresenta o primeiro veículo elétrico construído no Centro Tecnológico de Lítio em Potosí

O presidente da Bolívia inaugurou na terça-feira o primeiro Instituto Tecnológico de Lítio, que envolveu um investimento de cerca de 1,8 milhão de dólares, e apresentou o primeiro veículo elétrico construído na planta piloto de baterias de lítio de La Palca, cuja bateria é fabricado com lítio boliviano.

A Evo Morales apresentou o primeiro veículo elétrico construído na planta piloto de baterias de lítio de La Palca, na Bolívia. Foto: Ministério da Energia, Bolívia

O presidente da Bolívia, Evo Morales, inaugurou nesta terça-feira o primeiro Instituto Tecnológico de Lítio, no departamento de Potosí, que permitirá a formação de especialistas nas carreiras de Química, Mecânica, Eletricidade e Eletrônica.

A instalação possui 18 salas de aula, laboratórios teóricos práticos e salas de conferências, entre outros espaços, cuja execução exigiu um investimento de 13 milhões de bolivianos (quase dois milhões de dólares). "Entregamos o Instituto Tecnológico de Lítio da Bolívia em Potosí para o treinamento de jovens em ramos especializados de baterias de cloreto de potássio, carbonato de lítio, hidróxido e hidróxido de lítio em um nível técnico superior e médio", disse Morales, acrescentando que o principal objetivo da Este centro é alcançar a independência tecnológica do país.

O Ministério da Energia afirma que, nos próximos cinco anos, a Bolívia atingirá uma produção de mais de 150.000 toneladas de sais de metal macio com futuras plantas industriais.

Durante a inauguração, o presidente apresentou o primeiro veículo elétrico construído na planta piloto de baterias de lítio de La Palca. Nesta semana, está prevista a assinatura de um acordo entre os Depósitos Bolivianos de Lítio (YLB) e a empresa nacional Quantum Motors para a fabricação de veículos elétricos.

“Com o coração cheio de alegria e orgulho, lançamos o primeiro veículo montado com lítio boliviano em Potosí que utilizará energia das baterias de lítio de Palca, do mesmo departamento. Combinamos investimento com educação para avançar na industrialização ”, disse Morales em sua conta no Twitter.

O gerente da YLB, Juan Carlos Montenegro, explicou à imprensa que os executivos da empresa Quantum Motors visitarão as instalações da fábrica de baterias de lítio de La Palca, onde se espera a assinatura de um acordo para estabelecer a venda do produto. Esta planta tem capacidade para fornecer a fabricação de carros elétricos para a Bolívia, disse Montenegro.

Recentemente, a Quantum Motors lançou a primeira fabricação de carros elétricos no país. O lote de 50 veículos vendidos em menos de uma semana. Atualmente, a empresa Quantum importa baterias de lítio da China para a fabricação de veículos elétricos. No entanto, com essa aliança, serão realizados testes experimentais para que todo o processo ocorra no país.

O revestimento pode levar a baterias de lítio metálicas comerciais

Um novo revestimento desenvolvido pelos cientistas de Stanford promete aproximar as baterias de lítio da realidade, prolongando significativamente sua vida útil e limitando a ocorrência de dendritos no ânodo, o que pode causar curto-circuitos e incêndios.

O SLAC National Accelerator Laboratory em Menlo Park, Califórnia.

Imagem: Departamento de Energia dos Estados Unidos

Cientistas da Universidade de Stanford e do Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC do Departamento de Energia dos EUA, na Califórnia, desenvolveram um revestimento para baterias metálicas de lítio que, segundo eles, poderiam superar os problemas de segurança e desempenho que impedem a tecnologia promissora.

As baterias de lítio metálico poderiam oferecer uma densidade de energia muito melhor e um peso muito menor do que a atual tecnologia de íons de lítio, uma vez que substituem a grafite mais pesada por lítio metálico como material de ânodo. No entanto, os metais de lítio não funcionam bem com eletrólitos convencionais, forçando os cientistas a encontrar uma maneira de melhorar a baixa eficiência e mitigar sérios problemas de segurança para permitir o desenvolvimento da tecnologia.

Enquanto outras abordagens se basearam na engenharia de eletrólitos para serem compatíveis com o lítio metálico, os pesquisadores de Stanford optaram por se concentrar no próprio lítio metálico. Eles desenvolveram um revestimento que fornece íons de lítio ao eletrodo uniformemente, reduzindo a formação de dendritos e o acúmulo de produtos químicos nocivos para o desempenho do ânodo.

Revestimento processado em solução

O revestimento, descrito em um artigo publicado em Joule , é uma solução processada e aplicada ao ânodo metálico de lítio. O ânodo foi combinado com outros componentes disponíveis no mercado para criar uma bateria operacional. No dispositivo, verificou-se que o revestimento "dificulta simultaneamente a penetração do eletrólito, atenua as reações laterais entre lítio e eletrólito, mantém baixa impedância interfacial e permite uma deposição homogênea de lítio", conforme o resumo do artigo publicado em Joule .

A bateria manteve 85% de sua energia inicial após 160 ciclos. Embora esse número seja muito menor do que o das baterias convencionais de íons de lítio, o grupo Stanford observou que as baterias de lítio metálicas “normais” só podem fornecer cerca de 30% após 160 ciclos, ou seja, aquelas que não explodiram.

"Nosso novo design de revestimento torna as baterias de lítio metálicas estáveis ​​e promissoras para desenvolvimento", disse Zhiao Yu, estudante de Stanford.

O grupo agora se concentrará em refinar o design do revestimento para aumentar ainda mais a retenção da capacidade e aumentar o número de ciclos em testes de bateria.

"Embora o uso em veículos elétricos possa ser o objetivo final", disse Yi Cui, professor de ciência dos materiais e engenharia e ciência de fótons do SLAC, "a comercialização provavelmente começaria com eletrônicos de consumo, para demonstrar segurança. da bateria ”.

Nissan abre fábrica para lidar com o descarte de baterias de carros elétricos

Enquanto a demanda por carros elétricos cresce, há a problemática quanto ao que fazer com o descarte de suas baterias de íons de lítio, extremamente prejudiciais ao meio ambiente se não descartadas de forma adequada. Com intuito de tomar as devidas precauções, a Nissan anunciou à imprensa que inaugurará a primeira fábrica do Japão especializada em reciclagem de baterias de carros elétricos, na cidade de Namie. A fábrica será operada pela joint venture entre a marca e a Sumitomo Corporation, a 4R Energy Corporation.

Segundo a publicação oficial da Nissan, em algum momento, os compradores das primeiras gerações de carros elétricos vão desejar trocar suas aquisições por versões mais modernas, e isso pode criar um impacto ambiental extremamente negativo se não houver o cuidado necessário para lidar com as baterias rejeitadas. Como espera-se que a demanda por esse tipo de produto cresca dentro dos próximos anos, dada a aposta do mercado nos carros elétricos, a Nissan agiu em precaução e já se prepara para ser parte da solução. "Espera-se que a reciclagem e a refabricação dessas baterias tenham um impacto substancial no segmento, afetando a demanda por novos materiais, o meio ambiente e a sociedade como um todo", disse a empresa em comunicado para a imprensa.

A 4R é um empreendimento conjunto que nasceu da aliança entre a Nissan e a Sumitomo em 2010. O intuito desde lá era pesquisar métodos de reciclagem e reutilização das baterias, sendo que a empresa desenvolveu um sistema de diagnóstico do desempenho de baterias usadas e agora se prepara para aplicar o que aprendeu durante os oito anos de pesquisa nas baterias coletadas por todo o país.

Mas a atuação da 4R não vai se limitar à Terra do Sol Nascente: "A fábrica servirá como centro global para o desenvolvimento e fabricação da 4R. As baterias recicladas e refabricadas serão usadas para oferecer a primeira bateria substituível trocável do mundo para veículos elétricos, e também serão usadas em sistemas de armazenamento em larga escala e empilhadeiras elétricas. A unidade é a primeira fábrica nova da cidade de Namie desde que a cidade foi devastada pelo terremoto e tsunami do Japão em março de 2011, e deve ajudar a revitalizar a economia local", explica a nota emitida pela Nissan.

Eles desenvolvem novas baterias para carros elétricos que podem ser recarregados em segundos

Em cerca de três anos, será possível ter um veículo elétrico que leve apenas cerca de cinco minutos para carregar, em vez das sete ou oito horas que leva para os modelos atualmente comercializados. Isso será possível graças a um novo projeto de baterias criado pelos cientistas americanos Byoungwoo Kang e Gerbrand Ceder, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT).

Estes especialistas foram capazes de melhorar a estrutura e os materiais utilizados por baterias de lítio tradicionais, e criou uma nova geração que pode armazenar energia suficiente para mover um veículo, mas, ao contrário das baterias que usamos hoje requerem apenas alguns segundos para recarga

Isso é indicado por um estudo publicado na última edição da revista Nature. Segundo os cientistas, as baterias tradicionais de lítio funcionam pelo movimento ininterrupto de íons de lítio no interior. Íons de lítio são os que carregam a carga elétrica positiva.

Assim, as baterias de íons de lítio oferecem boa eficiência energética, mas leva muito tempo para recarregá-las e, além disso, elas sobrecarregam muito rapidamente. Por fim, essas tradicionais baterias de lítio perdem, ao longo do tempo, sua capacidade de carga e devem ser descartadas, contribuindo para a contaminação dos resíduos sólidos, embora a reciclagem deva reduzir o problema.

Os engenheiros do MIT descobriram que todos esses problemas com baterias de lítio modernas têm um motivo comum: a baixa velocidade com a qual os íons de lítio se movem para dentro. Portanto, a resposta para melhorar as baterias foi simplificar o caminho desses íons ao máximo.

Para conseguir isso, eles redesenharam a estrutura interna das baterias criando novas estradas, trilhas ou atalhos para facilitar a passagem de cargas elétricas de uma extremidade da bateria para a outra (de pólo a pólo) e em ambas as direções. Assim, os cientistas acrescentaram à camada externa de cada bateria uma espécie de via de circulação exclusiva para íons de lítio. "Esse caminho externo é capaz de distribuir a energia para cada um dos cantos do dispositivo em poucos segundos, 10 ou 30 no máximo", disseram os especialistas do MIT.

No entanto, para se certificar de que os íons tomaram esse caminho e não algum outro caminho alternado dentro da bateria, os cientistas adicionaram um material supercondutor chamado fosfato de lítio-ferro. Este material guia os íons de lítio para essa rota de desvio. Desta forma, é possível reduzir o tempo que leva a energia elétrica para se mover e completar a jornada dentro da pilha.

"A estrutura química do fosfato de lítio-ferro cria túneis do tamanho correto para o qual o lítio se move com muito mais agilidade", disseram os cientistas da Nature. Além disso, o fosfato de ferro lítio tem a vantagem de não superaquecer ou perder sua capacidade de carga. "O fato de que esse avanço tenha sido alcançado em um material que já é conhecido e sem grandes mudanças no projeto significa que as baterias estarão em breve à venda", disse Ceder.

Como a revista "Nature" publicou hoje, a nova bateria pode começar a ser comercializada em alguns anos, de acordo com as estimativas dos dois pesquisadores responsáveis ​​pelo projeto. As baterias de lítio oferecem boa eficiência energética hoje em dia, mas seu ponto fraco é o baixo nível de energia em determinados momentos quando, por qualquer motivo, uma contribuição extra é necessária.

De acordo com Ceder, isso permitiria carregar uma pequena bateria em apenas 10 ou 20 segundos, o que "poderia ter muitas aplicações práticas e poderia mudar nosso estilo de vida".

Kang e Ceder usaram o composto LiFePO4, usado com freqüência na fabricação de baterias, e o cobriram com uma mistura de ferro, fósforo e oxigênio que, depois de aquecido, permite que os íons se movam rapidamente.

Mas ainda há grandes obstáculos a serem superados. As baterias podem exigir estações especializadas e caras para recarregar a eletricidade, já que as tomadas domésticas não podem fornecer eletricidade a uma taxa suficiente.