O lado "funky" das baterias de estado sólido
A conceção dos materiais e as modificações da superfície criam novas possibilidades
As baterias de estado sólido são consideradas a próxima geração de baterias, depois das baterias convencionais de iões de lítio. Apesar dos consideráveis esforços de investigação, apenas um número muito reduzido de SSBs está a caminho da maturidade comercial. Nos últimos anos, foram introduzidos vários materiais promissores, mas um dos maiores desafios continua a ser a combinação destes materiais numa célula estável. O consórcio do projeto FUNCY-SSB (pronuncia-se "funky-ssb"), com parceiros da Alemanha, Eslovénia e Noruega, pretende alterar esta situação nos próximos três anos.
As baterias de estado sólido (frequentemente designadas por SSB) são de particular interesse para o sector da mobilidade devido à sua maior densidade energética. O componente-chave de uma bateria de estado sólido de elevado desempenho é o eletrólito de estado sólido, que assegura o transporte controlado de iões de lítio entre os eléctrodos da bateria durante a carga e a descarga. No entanto, a utilização de electrólitos de estado sólido traz consigo novos desafios em termos de condutividade iónica, processabilidade, reciclabilidade e sustentabilidade. Além disso, a interface entre o material ativo - armazenador de iões - dos eléctrodos da bateria e o eletrólito sólido deve ser cuidadosamente controlada.
A combinação de electrólitos poliméricos e inorgânicos é uma abordagem promissora para ultrapassar estes desafios. No entanto, estes electrólitos não podem ser produzidos simplesmente através da mistura de polímeros e componentes inorgânicos. O desafio na combinação de polímeros e materiais inorgânicos não é apenas a compatibilidade entre todos os componentes, mas também garantir um bom transporte de lítio entre as diferentes fases do eletrólito. A combinação da conceção da interface e do revestimento deve melhorar o transporte do lítio entre as fases e, ao mesmo tempo, proteger o eletrólito de sulfureto, sensível à humidade. Os componentes devem ser especialmente adaptados para permitir um transporte eficiente de iões de lítio através do eletrólito sólido como um todo.
A conceção dos materiais e as modificações da superfície criam novas possibilidades
O projeto FUNCY-SSB (FUNctional Coatings of sulfide electrolYtes for lithium Solid-State Batteries) centra-se no desenvolvimento de electrólitos de estado sólido sustentáveis com um melhor desempenho eletroquímico para enfrentar estes desafios fundamentais. Os revestimentos de superfície funcionais são utilizados para produzir os electrólitos através da combinação de electrólitos de sulfureto com vários polímeros. Os revestimentos inorgânicos produzidos por deposição de camadas atómicas são concebidos para otimizar o transporte de iões de lítio através do polímero para o eletrólito de sulfureto. O objetivo é desenvolver electrólitos de estado sólido com elevada condutividade iónica, melhor estabilidade à humidade e uma janela de estabilidade eletroquímica alargada através de um revestimento de superfície funcional. Isto não só melhorará a estabilidade, como também aumentará a vida útil e a densidade energética das baterias.
Atualmente, existem poucos dados sobre a reciclabilidade dos electrólitos de estado sólido e a sustentabilidade da sua produção. Estes aspectos são frequentemente considerados apenas a posteriori, em vez de serem avaliados e abordados durante a fase de desenvolvimento do material. No presente projeto, já estão a ser realizados estudos de reciclagem, bem como análises do potencial económico e ecológico durante o processo de desenvolvimento de materiais, a fim de otimizar os electrólitos de estado sólido no que diz respeito à reciclabilidade e à produção sustentável. O potencial de produção dos materiais está a ser avaliado em colaboração com parceiros industriais. Além disso, o FUNCY-SSB utilizará tecnologias semânticas para digitalizar os processos de síntese e fabrico de materiais e componentes de baterias, a fim de melhorar a interoperabilidade, acelerar o processo de desenvolvimento e reduzir o risco de erros.
Um objetivo claro em vista
"No final do FUNCY-SSB, queremos demonstrar um conceito de eletrólito de estado sólido que conduza a um melhor desempenho e sustentabilidade das baterias. Além disso, a nossa abordagem à conceção de materiais, que tem em conta a reciclabilidade e a sustentabilidade durante o desenvolvimento, pode servir de modelo para a conceção de outros electrólitos de estado sólido", resume a Dra. Guinevere Giffin, coordenadora do projeto e diretora científica do Centro de Investigação Fraunhofer para a Electromobilidade no Fraunhofer ISC. Uma prova de conceito para o novo material está a ser produzida sob a forma de protótipos de células de bolsa que requerem uma pressão externa reduzida durante a utilização. Estes demonstrarão, em última análise, a viabilidade da abordagem FUNCY-SSB para a conceção de materiais. Este projeto promoverá a disponibilidade de materiais e componentes de baterias preparados para o futuro com propriedades personalizadas. O desenvolvimento e a compreensão fundamental de materiais electrolíticos avançados sustentáveis para baterias da próxima geração melhorarão a competitividade nacional e europeia no domínio da investigação e desenvolvimento de baterias.
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