Independentemente do desempenho, custo ou considerações de segurança, as baterias recarregáveis totalmente em estado sólido são a melhor escolha para substituir a energia fóssil e, eventualmente, abrir o caminho para veículos com novas energias.
Como inventor de materiais catódicos como LiCoO2, LiMn2O4 e LiFePO4, Goodenough é bem conhecido na área debaterias de íon de lítioe é verdadeiramente o "pai das baterias de íons de lítio".
Num artigo recente na NatureElectronics, John B. Goodenough, de 96 anos, revê a história da invenção da bateria recarregável de iões de lítio e mostra o caminho a seguir.
Na década de 1970, eclodiu uma crise do petróleo nos Estados Unidos. Percebendo a sua dependência excessiva das importações de petróleo, o governo iniciou um grande esforço para desenvolver a energia solar e eólica. Devido à natureza intermitente da energia solar e eólica,baterias recarregáveisforam eventualmente necessários para armazenar estas fontes de energia renováveis e limpas.
A chave para carga e descarga reversíveis é a reversibilidade da reação química!
Naquela época, a maioria das baterias não recarregáveis usava eletrodos negativos de lítio e eletrólitos orgânicos. Para obter baterias recarregáveis, todos começaram a trabalhar na incorporação reversível de íons de lítio em cátodos de sulfeto de metal de transição em camadas. Stanley Whittingham da ExxonMobil descobriu que a carga e descarga reversíveis poderiam ser alcançadas por química de intercalação usando TiS2 em camadas como material catódico, com o produto de descarga sendo LiTiS2.
Esta célula, desenvolvida por Whittingham em 1976, alcançou boa eficiência inicial. No entanto, após várias repetições de carga e descarga, formaram-se dendritos de lítio no interior da célula, que cresceram do eletrodo negativo para o positivo, criando um curto-circuito que poderia inflamar o eletrólito. Esta tentativa, mais uma vez, terminou em fracasso!
Enquanto isso, Goodenough, que se mudou para Oxford, estava investigando quanto lítio poderia, no máximo, ser desincorporado dos materiais do cátodo LiCoO2 e LiNiO2 em camadas antes que a estrutura mudasse. No final, eles conseguiram a desincorporação reversível de mais da metade do lítio do material catódico.
Esta pesquisa eventualmente orientou Akira Yoshino da AsahiKasei a preparar o primeirobateria recarregável de íons de lítio: LiCoO2 como eletrodo positivo e carbono grafítico como eletrodo negativo. Esta bateria foi usada com sucesso nos primeiros celulares da Sony.
Para reduzir custos e melhorar a segurança. A bateria recarregável totalmente sólida com eletrólito sólido parece ser uma direção importante para o desenvolvimento futuro.
Já na década de 1960, químicos europeus trabalharam na incorporação reversível de íons de lítio em materiais de sulfeto de metais de transição em camadas. Naquela época, os eletrólitos padrão para baterias recarregáveis eram principalmente eletrólitos aquosos fortes, ácidos e alcalinos, como H2SO4 ou KOH. Porque, nesses eletrólitos aquosos, o H+ tem boa difusividade.
Naquela época, as baterias recarregáveis mais estáveis eram feitas com NiOOH em camadas como material catódico e um eletrólito aquoso alcalino forte como eletrólito. h+ poderia ser incorporado reversivelmente no cátodo NiOOH em camadas para formar Ni(OH)2. o problema era que o eletrólito aquoso limitava a voltagem da bateria, resultando em uma baixa densidade de energia.
Em 1967, Joseph Kummer e NeillWeber da Ford Motor Company descobriram que o Na+ tem boas propriedades de difusão em eletrólitos cerâmicos acima de 300°C. Eles então inventaram uma bateria recarregável Na-S: sódio fundido como eletrodo negativo e enxofre fundido contendo bandas de carbono como eletrodo positivo. Como resultado, eles inventaram uma bateria recarregável Na-S: sódio fundido como eletrodo negativo, enxofre fundido contendo uma banda de carbono como eletrodo positivo e uma cerâmica sólida como eletrólito. No entanto, a temperatura operacional de 300°C condenou esta bateria à impossibilidade de comercialização.
Em 1986, Goodenough desenvolveu uma bateria de lítio recarregável totalmente em estado sólido sem geração de dendritos usando NASICON. Atualmente, foram comercializadas baterias recarregáveis de lítio e sódio totalmente em estado sólido baseadas em eletrólitos de estado sólido, como NASICON.
Em 2015, MariaHelena Braga, da Universidade do Porto, também demonstrou um eletrólito sólido de óxido poroso isolante com condutividade de iões de lítio e sódio comparável aos eletrólitos orgânicos atualmente utilizados em baterias de iões de lítio.
Em suma, independentemente do desempenho, custo ou considerações de segurança, as baterias recarregáveis totalmente em estado sólido são a melhor escolha para substituir a energia fóssil e, eventualmente, abrir o caminho para veículos com novas energias!
Horário da postagem: 25 de agosto de 2022