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Apr 08, 2024

Pesquisadores da Georgia Tech desenvolvem baterias de folha de alumínio para melhorar o desempenho

Alta densidade de energia e estabilidade são qualidades essenciais em uma boa bateria. Embora as baterias de iões de lítio tenham dominado o mercado nas últimas três décadas, os investigadores de baterias procuram agora baterias mais seguras,

Alta densidade de energia e estabilidade são qualidades essenciais em uma boa bateria. Embora as baterias de iões de lítio tenham dominado o mercado nas últimas três décadas, os investigadores de baterias procuram agora alternativas mais seguras, menos dispendiosas e mais poderosas.

No Instituto de Tecnologia da Geórgia, uma equipe de pesquisadores liderada por Matthew McDowell, professor associado da Escola de Engenharia Mecânica George W. Woodruff e da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais, fez progressos significativos no desenvolvimento de baterias de folha de alumínio com maior densidade de energia. e maior estabilidade.

O uso do alumínio como material de bateria oferece diversas vantagens. É econômico, altamente reciclável e fácil de trabalhar. Embora o alumínio fosse anteriormente considerado inadequado para baterias devido à sua tendência a fraturar e falhar após alguns ciclos de carga-descarga, a introdução de baterias de estado sólido mudou o jogo.

As baterias de estado sólido, que utilizam um material sólido não inflamável, são consideradas mais seguras do que as baterias convencionais de íons de lítio. Estas baterias também permitem a incorporação de novos materiais ativos de alto desempenho.

A equipe da Georgia Tech colaborou com a Novelis, fabricante líder de alumínio e maior recicladora de alumínio do mundo, para explorar o potencial da folha de alumínio como material no ânodo da bateria. As folhas de alumínio puro tiveram um desempenho ruim nos testes de bateria, mas os pesquisadores experimentaram misturar pequenas quantidades de outros materiais para criar folhas com microestruturas únicas.

Mais de 100 materiais diferentes foram testados, e a equipe descobriu que o ânodo de alumínio com microestrutura modificada exibia melhor desempenho e estabilidade em baterias de estado sólido. O ânodo de alumínio foi capaz de armazenar mais energia e lítio do que outros tipos de materiais anódicos, resultando em baterias com maior densidade de energia.

Uma das vantagens notáveis ​​do ânodo de alumínio é a sua relação custo-benefício. Usar a folha diretamente como componente da bateria elimina várias etapas de fabricação, tornando o processo de produção mais eficiente e acessível.

O desenvolvimento de baterias de ânodo de alumínio tem implicações significativas para as indústrias de veículos elétricos e aeronaves elétricas. Os veículos elétricos poderiam potencialmente percorrer distâncias mais longas com uma única carga, enquanto as aeronaves elétricas poderiam superar a limitação dos voos de curto alcance. As baterias de ânodo de alumínio da equipe McDowell têm o potencial de abrir caminho para tecnologias de baterias mais potentes.

A equipe de pesquisa está atualmente aumentando o tamanho das baterias para entender melhor como o tamanho afeta o comportamento do alumínio. Eles também estão explorando ativamente outros materiais e microestruturas para desenvolver películas extremamente acessíveis para sistemas de baterias.

No geral, esta pesquisa mostra o rejuvenescimento do alumínio como material de bateria, graças aos novos conhecimentos e à tecnologia de baterias de estado sólido. O desempenho promissor das baterias de folha de alumínio abre possibilidades para uma arquitetura de células de bateria mais otimizada em termos de energia e econômica.

Referência:Liu, Y., et al. (2023). Eletrodos negativos de folha de alumínio com microestrutura multifásica para baterias de íon-lítio totalmente em estado sólido. Comunicações da Natureza. doi.org/10.1038/s41467-023-39685-x.