Investigadores do Laboratório Nacional Argonne do Departamento de Energia dos EUA e da Universidade de Chicago alcançaram um novo avanço, encontrando um método para melhorar a densidade energética e a vida útil em ciclos de baterias de estado sólido completas. Os resultados relacionados foram publicados na revista Science, representando dois passos cruciais para que a tecnologia de baterias de nova geração avance para aplicações comerciais.
As baterias de estado sólido completo são compostas por componentes sólidos, sem materiais líquidos ou em gel. Comparadas com as baterias de iões de lítio tradicionais, oferecem vantagens como maior segurança, menor peso, vida útil mais longa e maior densidade energética. No entanto, a ligação deficiente entre o eletrólito sólido e o material do cátodo impede o fluxo de iões, afetando o desempenho, e os problemas de interface constituem um desafio no desenvolvimento de baterias de estado sólido completo.
Khalil Amine, Investigador Distinto da Argonne e Professor da Universidade de Chicago, afirmou: "Resolver os problemas de interface nas baterias de estado sólido é a chave para concretizar este sistema promissor." Amine e o químico da Argonne, Guiliang Xu, lideraram uma equipa que, através da mistura rápida do eletrólito sólido, do cátodo e de outros materiais da bateria, desencadeou um processo de "segregação de haletos". Neste processo, os átomos de lítio ligados a elementos como o cloro movem-se para a interface, resultando numa melhoria significativa no desempenho da bateria e numa vida útil prolongada, superando baterias de estado sólido completo tratadas com outras estratégias de melhoria de desempenho.
Em alguns cenários de teste, a densidade energética da bateria com segregação de haletos excedeu o limite teórico para este tipo de bateria. A bateria manteve o seu desempenho intacto após 100 ciclos de carga/descarga, e manteve mais de 80% do desempenho após 450 ciclos. A melhoria de desempenho à temperatura ambiente, sem necessidade de aquecimento adicional, é mais favorável para aplicações comerciais. A equipa acredita que a mistura de alta velocidade (2000 rotações por minuto durante cinco horas) gera calor e forças de corte, desencadeando uma "reação mecanoquímica" que inicia a segregação de haletos e melhora o movimento dos iões de lítio.
Este processo também pode melhorar o desempenho de outros tipos de baterias de estado sólido completo. A equipa testou baterias com cátodos contendo selénio e telúrio, verificando um efeito de segregação de haletos semelhante e um melhor desempenho após mistura de alta velocidade, o que tem potencial para impulsionar a comercialização de várias químicas de baterias. Para observar a segregação de haletos ao nível atómico, a equipa empregou várias técnicas avançadas. Guiliang Xu disse: "Este trabalho representa um avanço significativo para este tipo de sistemas de baterias, especialmente ao aproveitar o enxofre, que é abundante na Terra, para melhorar significativamente a densidade energética, a vida útil em ciclos e o custo."
Detalhes da publicação: Autores: Jieun Lee, et al.; Título: "Halide segregation to enhance all-solid-state lithium–sulfur batteries"; Publicado em: Science (2025); Informação da revista: Science.
