Nova técnica do KAIST promete baterias de veículos elétricos mais leves e duráveis

Pesquisadores do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST) desenvolveram uma técnica inovadora que pode tornar as baterias de veículos elétricos menores, mais leves e com maior autonomia. O estudo, publicado no dia 1º de setembro na revista Advanced Functional Materials, utiliza métodos de fabricação de semicondutores para controlar o acúmulo de lítio, que é o principal fator de degradação das chamadas baterias sem ânodo.

O problema enfrentado pelas baterias sem ânodo é que, enquanto as baterias de íons de lítio convencionais armazenam o lítio em um ânodo de grafite, essa nova tecnologia permite que o lítio se deposite diretamente em uma fina folha de cobre. Essa abordagem reduz o peso e a espessura, possibilitando armazenar mais energia no mesmo espaço. No entanto, a limitação desse sistema é sua durabilidade; durante os ciclos de carga e descarga, o lítio tende a formar dendritos, estruturas que comprometem o desempenho da bateria e aceleram sua deterioração.

Tentativas anteriores de resolver o problema incluíram o fornecimento de lítio adicional ou a aplicação de revestimentos mais espessos, mas essas soluções acabaram por adicionar material e anular as vantagens das baterias sem ânodo.

A equipe liderada pelos professores Jinwoo Lee e Hee-Tae Jung alterou a superfície do cobre, criando um padrão de tubos microscópicos, com cerca de 300 nanômetros de diâmetro e 150 nanômetros de altura. Essa microestrutura amplia a área disponível para a deposição de lítio, promovendo uma distribuição mais uniforme e reduzindo a formação de dendritos.

Os pesquisadores adaptaram a litografia por sputtering secundário (SSL), uma técnica usada na fabricação de chips, para criar esses padrões. Além disso, aplicaram uma camada de MXene sobre o cobre, que funciona como base para a formação de uma camada protetora durante o funcionamento da bateria, limitando reações indesejadas entre o lítio e o eletrólito.

"Este estudo mostra como técnicas de fabricação ultrafinas usadas na produção de semicondutores podem criar locais uniformes para a deposição de lítio e uma camada protetora estável", disse Jinwoo Lee em um comunicado.

Os métodos de análise utilizados confirmaram a formação uniforme da camada protetora. Tal tecnologia pode ser um passo importante para o desenvolvimento comercial de baterias sem ânodo de alta energia, prolongando a vida útil das células com aumento mínimo de peso e volume.

O estudo contou com a participação de Eunji Kim, Hyunju Jung e Jinuk Kim como coautores principais e foi financiado pelo Programa de Desenvolvimento de Tecnologia de Nano e Materiais da Fundação Nacional de Pesquisa da Coreia (NRF), vinculada ao Ministério da Ciência e TIC, além do apoio do Centro Nacional de NanoFab (NNFC).