Cientistas chineses alcançam avanço significativo na pesquisa de eletrólitos poliméricos para baterias de estado sólido

Recentemente, a equipe liderada pelo professor Zhang Qiang, do Departamento de Engenharia Química da Universidade Tsinghua, alcançou um avanço importante na pesquisa de eletrólitos poliméricos para baterias de lítio, oferecendo novas ideias e suporte técnico para o desenvolvimento de baterias de lítio de estado sólido com alta segurança e alta densidade energética. Os resultados relacionados foram publicados online na Nature.

Atualmente, as baterias de estado sólido ainda enfrentam dois grandes desafios na aplicação prática: primeiro, a “interface sólido-sólido” apresenta mau contato devido ao contato rígido entre os materiais; segundo, o eletrólito tem dificuldade em compatibilizar simultaneamente o cátodo de alta voltagem e o ânodo fortemente redutor em uma ampla janela de tensão.

Em resposta, a equipe de Zhang Qiang propôs uma nova estratégia de design chamada “estrutura de solvatação rica em ânions”, desenvolvendo com sucesso um novo eletrólito de polietileno fluorado. Esse eletrólito, por meio da técnica de polimerização in situ iniciada por calor, aumenta efetivamente o contato físico e a condutividade iônica na interface sólida, melhorando significativamente o desempenho em alta tensão e a estabilidade da interface da bateria de lítio.

Graças ao desempenho otimizado da interface, a bateria polimérica rica em lítio e baseada em manganês, montada com esse eletrólito, apresenta uma série de excelentes propriedades eletroquímicas. A célula completa de polímero em embalagem flexível de 8,96Ah, construída com esse eletrólito e submetida a pressão externa de 1 MPa, alcançou um salto na densidade energética, atingindo 604 Wh/kg, muito superior às baterias comerciais atuais.

Além disso, a bateria passou com sucesso nos testes de segurança de perfuração e em câmara térmica a 120 °C (6 horas em repouso) com carga total, sem ocorrência de combustão ou explosão, demonstrando excelente segurança. No futuro, esses resultados de pesquisa podem fornecer referência técnica importante para o desenvolvimento de produtos maduros de baterias de estado sólido.