Panasonic e Sila Nanotechnologies fabricarão baterias de silício para veículos elétricos substituindo grafite por silício em baterias de íons de lítio. Recentemente, ambas as empresas assinaram um acordo para desenvolver baterias de íons de lítio para futuros veículos elétricos. Em novas baterias, elas substituirão grafite por silício, resultando em melhor desempenho e maior vida útil. As baterias recém-desenvolvidas têm potencial para melhor desempenho e maior vida útil.
A Panasonic acaba de revelar uma empolgante colaboração com a Sila Nanotechnologies , fabricante de ânodos de silício, para incorporar sua tecnologia à atual linha de produção de baterias da Panasonic até 2024. Com essa nova tecnologia, os veículos elétricos (VEs) terão melhorias, com maior autonomia e menor tempo de carregamento . Essa tecnologia substitui o grafite, normalmente encontrado nos ânodos de carga negativa das baterias de íon-lítio dos VEs, por silício.
Segundo um relatório da AIE (Agência Internacional de Energia) , em 2023, foram vendidos impressionantes 14 milhões de veículos elétricos, e esse número deverá aumentar consideravelmente nos próximos anos. Esses veículos atualmente dependem de baterias de íon-lítio de última geração , que estão em constante aprimoramento. No entanto, apesar dos avanços, alguns desafios persistem, limitando sua utilidade e praticidade em geral.
Azin Fahimi , diretor científico da Sienza Energy , nos Estados Unidos, afirmou: "A capacidade de uma bateria armazenar energia em relação ao seu tamanho e peso, conhecida como densidade energética, é um fator crucial para veículos elétricos, pois afeta a distância que eles podem percorrer com uma única carga."
A equipe de Azin Fahimi está trabalhando em diferentes pesquisas sobre a implementação de ânodos de silício, e ela acrescentou ainda: "Outro aspecto crucial é a densidade de potência, que se refere à rapidez com que uma bateria pode fornecer energia."
Por que o alcance e o tempo de carga são afetados pelo novo ânodo de silício?
Baterias dependem do movimento de partículas carregadas, chamadas íons, entre dois condutores elétricos conhecidos como eletrodos. Durante o processo de carga, íons de lítio se movem do cátodo (o eletrodo positivo) através do eletrólito. Então, ele entra no ânodo (o eletrodo negativo), onde permanece até que seja necessário fornecer energia.
“Quando a bateria fornece energia a um dispositivo, os íons de lítio retornam do ânodo para o cátodo. Esse movimento de íons permite que os elétrons fluam pelo circuito externo, gerando uma corrente elétrica que alimenta o dispositivo”, acrescentou Fahimi.
O desempenho de uma bateria depende muito do material do ânodo . Ele também é responsável por armazenar íons até que sejam necessários para alimentar o carro.
Segundo Fahimi, “Um bom material de ânodo deve possuir alta capacidade de armazenamento de lítio para garantir alta densidade de energia, boa condutividade elétrica para facilitar o fluxo eficiente de elétrons e transporte rápido de íons para capacidades de carregamento rápido. O ânodo também precisa de uma estrutura estável que não mude de volume quando os íons estiverem entrando e saindo dele, pois isso pode danificar a superfície.”
A Panasonic e a Sila Nanotechnologies vão fabricar baterias de silício para veículos elétricos. Tradicionalmente, os ânodos de grafite têm sido amplamente utilizados em baterias de íon-lítio devido à sua estrutura em camadas. Essa estrutura em camadas permite o movimento de íons sem alterações significativas de volume.
“Devido à sua química, o silício pode reter mais de dez vezes mais energia por grama. Essa maior capacidade significa que o silício pode armazenar mais íons de lítio, resultando em uma maior densidade de energia para a bateria. Uma maior densidade de energia se traduz em um alcance maior para EVs com uma única carga. Infelizmente, o silício incha para três ou quatro vezes seu tamanho original quando preenchido com íons de lítio, levando ao estresse mecânico e eventual degradação do material do ânodo”, explicou Fahimi.
Consequentemente, o design em nanoescala do ânodo de silício é essencial para abordar esse desafio. Em sua pesquisa subsequente, a equipe de Fahimi em Sienza e as equipes em Sila estão dedicadas a resolver esse problema.
