Os materiais catódicos que entram nas baterias de íons de lítio são essenciais para o funcionamento de veículos elétricos, mas sua produção sempre envolve processos complexos e intensivos em água. No entanto, houve progresso recente com pesquisadores criando uma nova técnica com síntese totalmente seca e óxido de sal-gema pode fazer baterias melhores. Isso poderia reduzir significativamente as despesas de fabricação e os impactos ambientais.
Pesquisadores em Universidade Dalhousie fez avanços significativos no desenvolvimento de um método de síntese totalmente seco para materiais de cátodo NMC622. Este processo pode cortar custos e minimizar impactos ambientais em comparação aos métodos tradicionais.
O estudo focados no uso de precursores de óxido de sal-gema (RS) para criar cátodos NMC622. Eles compararam esse método à abordagem convencional de precursor de hidróxido (HP) e investigaram os efeitos de várias condições de síntese.
principais destaques
- A síntese totalmente seca usando precursores RS mostra-se promissora para produção de cátodos econômica e ecologicamente correta.
- O processo requer maiores quantidades de lítio para compensar as perdas por evaporação e melhorar a homogeneidade da composição.
- O Li2CO3 líquido atua como um fluxo durante a síntese, melhorando a cristalinidade e rápida litiação do precursor RS.
- NMC feito de precursores RS com 20% de excesso de Li mostrou eficiência coulômbica inicial, polarização e retenção de capacidade semelhantes às do NMC feito a partir de precursores de HP.
"A fabricação de material de cátodo de íons de lítio consome muita energia e água, e produz resíduos. Ele tem o maior impacto no meio ambiente, especialmente a pegada de CO2 da bateria,", diz Dr. Mark Obrovac.
As propriedades estruturais e morfológicas dos materiais sintetizados foram analisadas pelos pesquisadores usando diferentes técnicas de caracterização, tais como:
- Difração de raios X (XRD)
- Microscopia eletrônica de varredura (MEV)
- Espectroscopia de raios X de energia dispersiva (EDS)
Eles descobriram que o os melhores são feitos de cristais únicos com partículas de cerca de 5 mícrons de largura. Ao ajustar seus ingredientes e condições de aquecimento, a equipe de pesquisa criou cátodos de qualidade semelhante usando um processo totalmente seco. Esses cátodos correspondem ao desempenho dos principais produtos do mercado hoje.
Desafios
- O lítio reage mais lentamente com precursores RS do que com precursores HP quando aquecido abaixo de 723° C.
- Baterias feitas de NMC de precursores RS têm composição menos uniforme e, portanto, menor capacidade quando comparadas às de precursores HP.
- Os pesquisadores precisam tornar a reação do lítio no método precursor RS consistente e mais rápida para obter baterias melhores.
Ações potenciais em andamento
O Dr. Obrovac fez parceria com NOVONIX, uma empresa de baterias da Nova Escócia. Eles estão usando métodos totalmente secos para fazer materiais de cátodo em sua planta piloto em Dartmouth. Esta instalação pode produzir 10 toneladas de material de cátodo por ano.
Comparado aos métodos tradicionais úmidos, seu processo oferece:
- 30% menos custos de instalação
- 50% menos custos operacionais
- 25% menos consumo de energia
- Não há necessidade de água processada
- Geração zero de resíduos
"Esses são números grandes, é uma mudança radical na produção desses materiais de bateria. Deve resultar em baterias de menor custo no geral, com uma pegada de aquecimento global substancialmente menor,” acrescenta o Dr. Mark Obrovac.
Conclusão
Este método demonstra enorme potencial para tornar a produção de baterias mais ecologicamente correta e acessível. A indústria de VE pode ser significativamente beneficiada, mesmo que os obstáculos persistam. À medida que a pesquisa continua, a importância desta abordagem inovadora no avanço da tecnologia de baterias sustentáveis pode se mostrar importante.
