Baterias de íons de lítio são amplamente utilizadas em veículos elétricos e smartphones porque são leves, confiáveis e energeticamente eficientes. No entanto, elas têm tempos de carregamento lentos e não conseguem lidar com altos picos de corrente. Em uma pesquisa recente, a equipe da Cornell Engineering desenvolveu uma bateria de lítio para veículos elétricos que pode ser totalmente carregada em 5 minutos. O protótipo de uma dessas baterias de carregamento rápido.
Equipe de engenharia da Cornell desenvolveu uma nova bateria de lítio. carrega em menos de 5 minutos, mais rápido do que qualquer outra bateria disponível. Ele também mantém um desempenho estável ao carregar e descarregar por um longo período. A descoberta recente pode trazer alívio para ansiedade de intervalo em motoristas. Suas preocupações sobre o alcance limitado dos veículos elétricos e a inconveniência de longos tempos de recarga seriam reduzidas.
Os pesquisadores descobriram que o índio, um metal macio comumente usado em telas sensíveis ao toque e painéis solares, tem um potencial excepcionalmente alto como material para baterias de carregamento rápido. Isso se deve às suas taxas de transporte de estado sólido inerentemente rápidas e aos baixos números de Damköhler. Além disso, o índio serve como uma ótima alternativa ao chumbo em soldas de baixa temperatura.
Professor Lynden Archer, reitor da Cornell Engineering e chefe do projeto, disse: “A ansiedade de alcance é uma barreira maior à eletrificação no transporte do que qualquer outra barreira, como custo e capacidade das baterias, e identificamos um caminho para eliminá-la usando projetos racionais de eletrodos.”
O Prof. Archer acrescentou ainda: “Se você pode carregar uma bateria de EV em cinco minutos, quer dizer, nossa, você não precisa ter uma bateria grande o suficiente para um alcance de 300 milhas. Você pode se contentar com menos, o que pode reduzir o custo dos EVs, permitindo uma adoção mais ampla.”
Autor principal do estudo, Shuo Jin, disse um estudante de doutorado em engenharia química e biomolecular, “Nosso objetivo era criar designs de eletrodos de bateria que carregassem e descarregassem de maneiras que se alinhassem com a rotina diária. Em termos práticos, desejamos que nossos dispositivos eletrônicos carreguem rapidamente e operem por períodos prolongados. Para atingir isso, identificamos um material de ânodo de índio exclusivo que pode ser efetivamente pareado com vários materiais de cátodo para criar uma bateria que carregue rapidamente e descarregue lentamente. "
O Processo
Os pesquisadores adotaram uma abordagem única para sua nova bateria de lítio, enfatizando a cinética das reações eletroquímicas. Eles empregaram especificamente um conceito da engenharia química conhecido como Número de Damköhler. Este conceito essencialmente quantifica a velocidade onde ocorrem reações químicas em comparação com o transporte de materiais para o local da reação.
As últimas pesquisas revelam que o índio possui duas características cruciais como ânodo de bateria. Elas são as seguintes:
- Um excepcionalmente baixa barreira energética de migração, que determina a velocidade com que os íons se difundem no estado sólido
- A densidade de corrente de troca moderada, o que afeta a taxa na qual os íons são reduzidos no ânodo.
A sinergia dessas características, difusão rápida e cinética de reação de superfície lenta, é essencial para carregamento rápido e armazenamento prolongado.
O Prof. Archer disse: “A principal inovação é que descobrimos um princípio de design que permite que íons metálicos em um ânodo de bateria se movam livremente, encontrem a configuração correta e só então participem da reação de armazenamento de carga. O resultado final é que em cada ciclo de carga, o eletrodo está em um estado morfológico estável. É precisamente isso que dá às nossas novas baterias de carga rápida a capacidade de carregar e descarregar repetidamente ao longo de milhares de ciclos.”
A bateria de lítio EV que pode ser totalmente carregada em 5 minutos está usando essa tecnologia em combinação com carregamento por indução sem fio em estradas. Isso poderia significativamente reduzir o tamanho e o custo das baterias. Isso tornará o transporte elétrico uma escolha mais viável para motoristas. No entanto, isso não significa que os ânodos de índio sejam perfeitos ou práticos.
“Embora esse resultado seja empolgante, pois nos ensina como obter baterias de carga rápida, o índio é pesado. Aí está uma oportunidade para modelagem química computacional, talvez usando ferramentas de IA generativas, para aprender quais outras químicas de materiais leves podem atingir os mesmos números de Damköhler intrinsecamente baixos. Por exemplo, existem ligas metálicas por aí que nunca estudamos, que têm as características desejadas? É daí que vem minha satisfação, que há um princípio geral em ação que permite a qualquer um projetar um ânodo de bateria melhor que atinja taxas de carga mais rápidas do que a tecnologia de ponta”, O Prof. Archer acrescentou.
fonte: Bateria de lítio de carregamento rápido busca eliminar a "ansiedade de alcance"
