A equipa do Dr. Nam Ki-hoon, do Centro de Investigação de Materiais e Processos de Baterias do Instituto de Investigação Eletrotécnica da Coreia (KERI), desenvolveu com sucesso uma tecnologia de controlo de intercamada de nanoestanho, destinada a resolver o problema de instabilidade da interface entre o ânodo de lítio metálico e o eletrólito sólido em baterias de estado sólido, um dos principais obstáculos à comercialização destas baterias. Os resultados da investigação foram publicados na revista "Advanced Energy Materials".
As baterias de estado sólido têm atraído atenção devido ao risco de incêndio significativamente menor em comparação com as baterias tradicionais de eletrólito líquido. Ao substituir o ânodo de grafite tradicional por lítio metálico, a sua densidade energética é aumentada, mas os desafios técnicos decorrentes do contacto interfacial permanecem proeminentes. O contacto físico instável entre o eletrólito sólido e os materiais do elétrodo dificulta o transporte eficaz de iões, e as estruturas dendríticas formadas pelo lítio metálico durante ciclos repetidos de carga e descarga encurtam ainda mais a vida útil da bateria.
Anteriormente, os laboratórios dependiam geralmente da aplicação de alta pressão externa de dezenas de megapascais ou de processos de revestimento complexos para estabilizar a interface. Quando o sistema de alta pressão é aplicado a dispositivos reais, como veículos elétricos, o peso do próprio dispositivo de pressurização pode exceder o da bateria, levando ao aumento dos custos de fabrico e à redução da eficiência de utilização do espaço, o que constitui um constrangimento para a aplicação em larga escala.
A fina intercamada de nanoestanho desenvolvida pela equipa do KERI é aplicada diretamente na superfície do ânodo de lítio metálico através de um processo de impressão por transferência. Esta intercamada pode reduzir a resistência interfacial, diminuir os danos físicos no lítio metálico e atuar como um canal de transporte de iões. A equipa de investigação aplicou esta tecnologia a células pouch para testes e, sob uma baixa pressão de apenas 2 megapascais, a retenção de capacidade após 500 ciclos ainda excedeu 81%, com uma densidade energética superior a 350 watts-hora por quilograma, ultrapassando a gama de 150 a 250 watts-hora por quilograma das baterias de iões de lítio tradicionais.
O Dr. Nam Ki-hoon afirmou: "Esta investigação é significativa porque garante a escalabilidade para grandes áreas e a estabilidade interfacial necessárias para a comercialização de baterias de estado sólido, ao mesmo tempo que propõe uma solução prática e viável." O Dr. Ha Yoon-cheol, responsável pelo projeto, salientou: "As baterias de estado sólido são uma área central na competição da tecnologia de baterias, e este resultado representa um progresso alcançado em termos de autonomia tecnológica e vantagem competitiva."
Esta investigação foi realizada em colaboração com o Dr. Kim Young-woo, do Instituto de Investigação Energética da Coreia, e a equipa utilizou simulações de cálculo de primeiros princípios para elucidar o mecanismo pelo qual as ligas à base de estanho regulam o transporte de iões de lítio ao nível da estrutura atómica e eletrónica.