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A descoberta da eletricidade mudou o mundo e gerou uma série de invenções que tornaram a vida das pessoas mais segura, mais saudável, mais eficiente e mais confortável. As baterias levam esta descoberta para o próximo nível, fornecendo uma forma de armazenar eletricidade e utilizá-la para alimentar dispositivos móveis.

Atualmente, as baterias de iões de lítio dominam o mercado, mas baterias de estado sólido mais seguras e de maior capacidade poderão tornar-se a fonte de energia do mundo no futuro e podem até ajudar a humanidade a escapar aos efeitos das alterações climáticas.

Células de bateria de estado sólido desenvolvidas como materiais CeraCharge de próxima geração. Fonte da imagem: site oficial da TDK

Comece com uma bateria pequena

Atualmente, algumas pequenas baterias de estado sólido são usadas em alguns relógios e implantes médicos.

O fabricante japonês de eletrônicos TDK anunciou que desenvolveu com sucesso uma nova versão da bateria de estado sólido CeraCharge. Sua densidade de energia de volume unitário chega a 1.000 watts-hora por litro, o que é aproximadamente 100 vezes a densidade de energia das baterias de estado sólido tradicionais da TDK. A TDK não revelou muitos detalhes sobre a tecnologia proprietária da bateria, mas afirmou que ela usa um ânodo de liga de lítio e um eletrólito sólido à base de óxido, o que a torna “extremamente segura”.

As capacidades de armazenamento de energia da nova versão das baterias CeraCharge indicam que uma vida útil mais longa da bateria ou designs mais compactos se tornarão em breve uma realidade. Além disso, espera-se que a bateria seja uma alternativa recarregável às baterias tipo botão descartáveis ​​com alta densidade de energia.

A TDK planeja inicialmente aplicar a bateria em pequenos produtos eletrônicos, como fones de ouvido sem fio, aparelhos auditivos e relógios inteligentes, e também expressou seu desejo de entrar em mercados mais amplos, como os smartphones.

"À medida que a área da bateria aumenta, torna-se cada vez mais difícil fabricar uma estrutura uniforme e de alta densidade, o que pode levar a defeitos estruturais como rachaduras e deformações", disse Hiroshi Sato, chefe da seção do Departamento de Desenvolvimento de Energia da TDK. comece com baterias pequenas, acumule produção e experiência prática e, então, explore gradualmente o potencial de comercialização de baterias grandes.

Avançar gradualmente em direção à industrialização

Atualmente, apesar dos progressos significativos na relação custo-eficácia e no desempenho das baterias de iões de lítio, as limitações do tempo de carregamento, a ansiedade de autonomia e as preocupações de segurança continuam a ser os principais obstáculos que impedem os veículos elétricos de substituir totalmente os veículos com motor de combustão interna. Neste contexto, as baterias de estado sólido, enquanto ferramenta poderosa para a inovação tecnológica dos veículos eléctricos, estão gradualmente a passar da fase de investigação e desenvolvimento para a industrialização.

Em 2023, a Toyota juntou-se à empresa japonesa de energia Idemitsu Kosan e anunciou que iniciaria a produção de baterias de estado sólido de 2027 a 2028.

Também otimista em relação às baterias de estado sólido está a Mercedes-Benz. A empresa acredita que as baterias de estado sólido para automóveis podem fornecer quase o dobro do alcance das baterias de íons de lítio e planeja colocar essas baterias em produção em massa até 2030.

Recentemente, a PowerCo, uma empresa de baterias de propriedade da Volkswagen, alcançou uma cooperação estratégica com a QuantumScape, uma desenvolvedora americana de baterias totalmente em estado sólido, para introduzir a tecnologia de baterias metálicas de lítio em estado sólido, com o objetivo de produzir baterias que possam atender às necessidades de até 1 milhão de veículos elétricos todos os anos.

A tecnologia exclusiva da QuantumScape combina eletrólitos sólidos e líquidos, evitando efetivamente problemas de dendritos e espera-se que aumente o alcance de cruzeiro dos veículos elétricos dos mais de 500 quilômetros existentes para 800 quilômetros, o que promoverá ainda mais a comercialização da tecnologia de baterias de estado sólido.

Armazenamento de energia da rede elétrica

Atualmente, as baterias de íons de lítio são o núcleo dos sistemas de armazenamento de energia das baterias, mas as baterias de estado sólido são consideradas uma solução potencialmente melhor devido à sua excelente segurança, ciclo de vida mais longo e maior densidade de energia. No entanto, a aplicação em larga escala de baterias de estado sólido ainda precisa superar os altos custos de fabricação e os processos complexos das baterias de grande porte.

A Dragonfly Energy é uma das empresas que está tentando resolver esse problema. Em 2023, a empresa obteve uma patente de tecnologia de fabricação que deverá remover obstáculos técnicos à fabricação de baterias de estado sólido na área de armazenamento de energia em rede. Ao mesmo tempo, o fabricante norte-americano de baterias ION Storage Systems lançou uma nova fábrica em abril deste ano, com foco na produção de baterias de estado sólido usando eletrólitos cerâmicos e ânodos metálicos de lítio para atender às necessidades de armazenamento em rede, veículos elétricos e outros campos. A meta é ampliar a capacidade de produção para 0,5 GWh até 2028.

Formas de materiais diversificadas

Embora ainda possam decorrer vários anos até que os veículos eléctricos com baterias de estado sólido estejam comercialmente disponíveis em grande escala, e possa mesmo demorar mais tempo para ajudar a construir redes de energia limpas, o progresso constante desta tecnologia, desde a torre de marfim da investigação até à industrialização, é encorajador.

Em janeiro deste ano, pesquisadores da Universidade de Harvard, nos Estados Unidos, lançaram uma bateria de estado sólido contendo silício no ânodo, que pode ser carregada em 10 minutos. No final de julho, pesquisadores dinamarqueses relataram que haviam desenvolvido uma bateria de estado sólido sem lítio feita de minerais encontrados em rochas. O material eletrolítico de estado sólido é barato, eficiente, ecologicamente correto e tem melhor desempenho do que o lítio sólido. eletrólitos.

Enquanto a onda de inovação continuar a crescer, o mundo futuro testemunhará a tecnologia de baterias de estado sólido em formas de materiais diversificadas, dando aos veículos eléctricos uma "vitalidade" mais duradoura e uma viagem mais longa. Também ajudará a rede eléctrica a alcançar uma limpeza sem precedentes. e estabilidade, liderando o caminho A humanidade está a avançar para uma nova era de energia mais verde e mais eficiente. (Repórter Zhang Jiaxin)