Que potencial de inovação oferece a utilização do grafeno nas baterias de iões de lítio?
Uma nova publicação que trata da utilização do grafeno em baterias de iões de lítio aponta para o potencial do material: O grafeno pode melhorar significativamente o desempenho das baterias no futuro. Embora tenham sido feitos grandes progressos do ponto de vista tecnológico, a utilização em grande escala de componentes de baterias à base de grafeno continua a ser um desafio. O artigo "Graphene Roadmap Briefs No. 4", agora publicado na revista especializada 2D-Materials, destaca as principais tendências desde 2017 e as perspectivas futuras para a comercialização do grafeno na tecnologia de baterias.
O grafeno é considerado um material promissor para o desenvolvimento de baterias de iões de lítio (LIB) devido às suas propriedades electrónicas, mecânicas e químicas únicas. O documento recentemente publicado resume os principais avanços e desafios no desenvolvimento e comercialização de baterias de iões de lítio com componentes de grafeno, com destaque para os ânodos de silício à base de grafeno. A publicação baseia-se em dois roteiros tecnológicos elaborados pelo Fraunhofer ISI para a iniciativa emblemática do grafeno da UE, que analisou os actuais desenvolvimentos e tendências neste domínio de aplicação.
O grafeno pode melhorar o desempenho e a sustentabilidade das baterias
Os resultados sublinham, por exemplo, que o grafeno como aditivo em compósitos de silício-carbono permite uma densidade energética até 30% superior nas baterias. O grafeno pode também oferecer vantagens para a capacidade de carregamento rápido e ajudar a reduzir os tempos de carregamento. Além disso, a incorporação de grafeno nos ânodos de silício poderá melhorar ainda mais a estabilidade e, consequentemente, a vida útil e a sustentabilidade das baterias. No entanto, a estabilidade dos ânodos de silício ainda não é equivalente à dos ânodos de grafite convencionais.
Por outro lado, não existem atualmente processos de fabrico economicamente eficientes para uma ampla aplicação no mercado das baterias à base de grafeno, e os preços do grafeno e dos materiais conexos mantiveram-se inesperadamente elevados no passado. Ao mesmo tempo, o desempenho das baterias de iões de lítio está a melhorar constantemente, a percentagem de veículos eléctricos está a aumentar e a construção de instalações europeias de produção de células está a progredir. Isto, por sua vez, aumenta as hipóteses de introdução de novos materiais como o grafeno, especialmente para aplicações de desempenho optimizado.
"Estamos a assistir a um interesse contínuo em soluções à base de grafeno na indústria das baterias, mas também estamos a assistir a baterias de iões de lítio a tornarem-se mais eficientes e a serem constantemente optimizadas em termos de custo e desempenho. O fator decisivo para a utilização do grafeno nas baterias de iões de lítio é a rapidez com que os componentes das baterias à base de grafeno podem ser integrados nos processos de produção industrial e se podemos estabelecer uma cadeia de abastecimento estável e baseada nas necessidades", explica Maximilian Stephan, primeiro autor da publicação. E continua: "Isto requer estratégias coordenadas para tornar os benefícios cientificamente comprovados utilizáveis à escala industrial".
Olhando para o futuro, a publicação sublinha que numerosas start-ups e empresas estão a trabalhar em abordagens inovadoras para a produção de grafeno, embora algumas sigam estratégias muito diferentes: Algumas estão a centrar-se no desenvolvimento de métodos de produção rentáveis e em grande escala para o grafeno menos puro. Outras empresas estão a visar a utilização de grafeno de elevada pureza para aplicações específicas em que o desempenho possa justificar o preço potencialmente mais elevado. Em termos do preço futuro do grafeno, o estudo vê potencial para futuras reduções de custos através do aumento da produção e da melhoria dos processos de fabrico.
Perspectivas futuras e novas necessidades de investigação
Apesar dos muitos desafios, os autores do Fraunhofer ISI acreditam que a penetração futura do grafeno no mercado da tecnologia de baterias é possível. Um campo de aplicação promissor poderá ser a produção de compósitos de silício-grafeno para baterias especiais, uma vez que estes oferecem vantagens tecnológicas e podem melhorar o desempenho dos ânodos à base de silício, por exemplo. Além disso, o grafeno está a ser investigado como um componente potencial para as baterias de lítio-enxofre, que poderão representar uma alternativa às LIB convencionais a longo prazo.
Segundo os autores, o desenvolvimento futuro depende em grande medida da cooperação entre a investigação e a indústria. Em primeiro lugar, a maturidade do mercado dos componentes à base de grafeno e a sua comercialização devem ser impulsionadas e o desempenho do grafeno deve ser continuamente avaliado em comparação com materiais alternativos de elevado desempenho. Para aumentar a penetração no mercado, é também necessária uma estreita cooperação entre os fabricantes de materiais, os produtores de baterias, a indústria automóvel e a investigação. Os preços mais elevados poderão ser justificados pelos elevados benefícios adicionais e pela concentração em aplicações de elevado desempenho.
Em resumo, pode dizer-se que O grafeno continua a ser um material promissor para a indústria das baterias, embora ainda não tenha entrado no mercado em grande escala. Os progressos na investigação de materiais e a criação de uma cadeia europeia de produção e valor de baterias poderão abrir caminho a uma maior utilização a médio prazo. Se a escalabilidade puder ser melhorada, o grafeno poderá desempenhar um papel importante como material de bateria dentro de alguns anos.
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