A descoberta de ânodos ultra-finos de lítio metálico abre a era das baterias de maior duração
A comercialização de baterias de lítio metálico está mais próxima
Uma equipa de investigação liderada pelo Professor Yu Jong-sung do Departamento de Ciências e Engenharia da Energia da DGIST (Presidente Kunwoo Lee) desenvolveu uma tecnologia que aumenta drasticamente a estabilidade de ânodos metálicos ultra-finos com uma espessura de apenas 20μm. A equipa propôs um novo método que utiliza aditivos electrolíticos para resolver os problemas de duração e segurança que têm impedido a comercialização de baterias de lítio metálico.
Os ânodos de lítio metálico (3.860 mAh g-¹) têm mais de 10 vezes a capacidade dos ânodos de grafite amplamente utilizados (372 mAh g-¹) e apresentam um baixo potencial de redução padrão, tornando-os candidatos promissores para materiais de ânodo da próxima geração. No entanto, durante os ciclos de carga-descarga, o lítio tende a crescer em formas dendríticas, provocando curtos-circuitos e fugas térmicas, o que leva a problemas de vida útil e de segurança. Além disso, devido à expansão do volume, a interfase do eletrólito sólido (SEI) degrada-se e reforma-se repetidamente, levando a uma rápida depleção do eletrólito.
A utilização de metal de lítio ultrafino com uma espessura inferior a 50μm é essencial, especialmente para a comercialização de baterias de metal de lítio. No entanto, esses problemas tornam-se mais graves à medida que a espessura diminui. Por conseguinte, tanto a academia como a indústria têm-se concentrado na engenharia SEI para aumentar a estabilidade dos ânodos de lítio metálico, entre os quais as estratégias de formação SEI utilizando aditivos electrolíticos surgiram como uma abordagem simples mas eficaz.
Estudos anteriores demonstraram que o fluoreto de lítio (LiF) contribui para o aumento da estabilidade dos ânodos metálicos de lítio (Li) devido à sua elevada resistência mecânica. Mais recentemente, foi também referido que a prata (Ag) promove a deposição uniforme de lítio através de uma reação de liga com o Li. No entanto, nenhuma investigação explorou ainda um único aditivo capaz de formar simultaneamente Ag e LiF.
Para este fim, a equipa do Professor Yu introduziu o Trifluorometanossulfonato de Prata (AgCF₃SO₃, ou AgTFMS) como um aditivo de eletrólito para abordar a formação de dendrite e a fraca vida útil do ciclo. Por meio de várias análises de superfície, a equipe confirmou que o uso de um eletrólito contendo AgTFMS leva à formação simultânea de Ag e LiF na superfície do metal de lítio. Com base nisto, melhoraram com êxito a estabilidade dos ânodos de lítio metálico ultra-finos (20μm) e verificaram experimentalmente que a formação de dendrite podia ser eficazmente suprimida e que a duração da bateria podia ser prolongada mais de sete vezes em comparação com o sistema convencional. Simultaneamente, a equipa do Professor Kang Jun-hee da Universidade Nacional de Pusan utilizou a química computacional para analisar a energia de interação entre o Li e o Ag, elucidando assim o mecanismo subjacente ao aumento da estabilidade.
O Professor Yu Jong-sung da DGIST declarou: "Este estudo centrou-se na superação das limitações do lítio metálico ultrafino e no aumento significativo da estabilidade das baterias de lítio metálico. Ao formar um SEI de alto desempenho através de uma abordagem simples, desenvolvemos uma tecnologia que melhora tanto a vida útil como a eficiência das baterias de lítio. Esperamos que este avanço acelere a comercialização de baterias de lítio metálico como sistemas de armazenamento de energia sustentável em várias aplicações, incluindo veículos eléctricos, veículos aéreos não tripulados e navios".
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Publicação original
Jong Hun Sung, Un Hwan Lee, Jiwon Lee, Bo Yu, Muhammad Irfansyah Maulana, Seung‐Tae Hong, Hyun Deog Yoo, Joonhee Kang, Jong‐Sung Yu; "Dynamic Cycling of Ultrathin Li Metal Anode via Electrode–Electrolyte Interphase Comprising Lithiophilic Ag and Abundant LiF under Carbonate‐Based Electrolyte"; Advanced Energy Materials, 2025-3-12
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