Um time de cientistas da Universidade da Califórnia – San Diego conseguiu criar um novo tipo de bateria – intitulada “bateria de estado sólido em silício” -, que promete ampliar a capacidade energética em até 10 vezes, segundo resumo do paper publicado na nova edição do jornal Science, do último dia 24.

De acordo com os testes primários já conduzidos em parceria com a LG, a nova bateria tem potencial para aprimorar – em larga escala – mercados de interesse energético bem evidentes, como o setor de carros elétricos e a distribuição de energia elétrica para residências.

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Gráfico mostra esquema de desenvolvimento da bateria de estado sólido da Universidade da Califórnia
Novo formato de bateria usa liga de estado sólido e ânodo de silício, entregando maior capacidade energética, mais durabilidade e estabilidade, e promete melhorar a indústria de carros elétricos e energia residencial (Imagem: University of California – San Diego/Divulgação)

Os benefícios da descoberta vêm em muito por causa do ânodo de silício. Segundo os cientistas, o material tem cerca de 10 vezes a capacidade de armazenamento de energia vista nos atuais modelos, que usam ânodos de grafite. O problema, porém, é que o silício tem fácil degradação, o que significa que ele se estica e se contrai diante da passagem de correntes elétricas, estragando com facilidade. Esse é, hoje, o único impedimento para que o material seja aplicado em caráter comercial.

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Mas com o novo tipo de eletrólito aplicado pela universidade, esse problema parece ter sido resolvido, já que os testes indicam que a bateria de estado sólido não só armazena mais energia, como a transfere com maior eficácia e é bastante duradoura.

“Com essa configuração de bateria, nós estamos abrindo um novo espaço para artigos de estado sólido que usam ânodos de outras ligas materiais, como o silício”, disse Darren H. S. Tan, autor primário do paper e Ph.D em engenharia química pela faculdade, além de ser o cofundador da startup UNIGRID, que licenciou a tecnologia da bateria.

Segundo ele, baterias de estado sólido já existem, mas sempre usam ânodo de lítio, um metal alcalino. Embora seu funcionamento seja inquestionável, sua aplicação tem eficácia reduzida: restrições de corpos científicos obrigam fabricantes a colocarem impedimentos artificiais nas taxas de recarga, e o lítio em si requer temperaturas altas na recarga – normalmente, algo em torno de 60ºC. Com um ânodo de silício, essas restrições não são necessárias.

Em uma demonstração de escala de laboratório, o time por trás da bateria de estado sólido conseguiu entregar 500 ciclos de descarga-recarga em temperatura ambiente, com 80% de capacidade de retenção energética.

“Retenção energética” é, basicamente, a capacidade de uma bateria de armazenar energia. Quando um aparelho é novo, esse volume é de até 100%. À medida em que você o vai carregando, porém, a degradação natural do composto vai reduzindo esse percentual – a isso, damos o nome de “bateria vazada” (vale lembrar que a bateria “vazar” é algo natural: o que não é normal é ela começar a fazer isso com pouco tempo de uso, o que pode ser sinal de mau uso ou defeito na fabricação).

A degradação acelerada do silício se dava pelo uso desses ânodos em eletrólitos de natureza líquida. O que os cientistas fizeram foi trocar isso por uma solução sólida, baseada em sulfeto, que eles descobriram ser bem mais estável.

“Esse novo trabalho traz uma solução promissora para o problema do ânodo de silício, embora ainda seja necessário mais trabalho a ser feito”, disse Shirley Meng, professora associada da UC-San Diego e coautora do estudo. “Eu vejo esse projeto como uma validação de nossa abordagem na pesquisa de baterias aqui na faculdade. Nós casamos os mais rigorosos trabalhos teóricos e experimentais com criatividade e pensamento fora da caixa. Nós também sabemos como interagir com a indústria e seus parceiros, ao mesmo tempo em que perseguimos os desafios mais fundamentais”.

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