Pesquisadores desenvolvem baterias de estado sólido mais compactas e seguras

Pesquisadores do MIT encontraram uma nova maneira para tornar as baterias de lítio recarregáveis mais leves, compactas e seguras. O segredo está na substituição do eletrólito líquido que fica entre os eletrodos positivo e negativo por uma camada muito mais fina e leve de material cerâmico sólido e também na troca de um dos eletrodos por metal de lítio sólido. Segundo os engenheiros, isso reduziria bastante o tamanho e o peso total das baterias e eliminaria os riscos associados a eletrólitos líquidos, que são inflamáveis.

Como toda pesquisa tem obstáculos a serem superados, os desse caso respondem pelo nome de dendritos. Trata-se de filamentos metálicos que podem se acumular na superfície do lítio e penetrar no eletrólito sólido, eventualmente passando de um eletrodo para outro e provocando um curto-circuito na célula da bateria.

Um artigo publicado na revista Joule assinado pelo professor Yet-Ming Chiang do MIT, o estudante de pós-graduação Cole Fincher e outros cinco do MIT e da Brown University parece resolver a questão sobre o que causa a formação de dendritos. Também mostra como os dendritos podem ser impedidos de atravessar o eletrólito.

Depois de ter demonstrado os princípios básicos envolvidos na ideia, o próximo passo da equipe será tentar aplicá-los à criação de um protótipo funcional e descobrir exatamente quais processos de fabricação seriam necessários para produzir essas baterias em volume.

Embora tenham feito um pedido de patente, os pesquisadores não pretendem comercializar a solução por conta própria, pois já existem empresas trabalhando no desenvolvimento de baterias de estado sólido. “Eu diria que essa é uma compreensão melhor das baterias de estado sólido que acreditamos que a indústria precisa conhecer e tentar aplicar para projetar produtos melhores”, diz Chiang.

Baterias de estado sólido e IoT

As baterias de lítio tradicionais utilizam eletrólitos inflamáveis que ​​apresentam risco de vazamento e incêndio. Daí a pressão pelo desenvolvimento de modelos mais seguros que não incluam material inflamável e que também ofereçam maior densidade energética e sejam mais duráveis.

Além disso, no atual mundo digital, conectado e preocupado com a sustentabilidade, vários são os setores sedentos por fontes energéticas mais eficientes, confiáveis e sustentáveis. Um desses segmentos é o da Internet das Coisas (IoT) em constante busca de soluções para baterias menores e duráveis para alimentar sensores e outros pequenos componentes de baixa potência.

Podemos dividir as baterias de estado sólido em duas grandes categorias: os modelos com baixa capacidade energética, já disponíveis comercialmente para aplicações em eletrônicos; e modelos de grande capacidade para veículos híbridos e totalmente elétricos.

Um estudo recente apresentou perspectivas para o mercado global de baterias de estado sólido até 2029. Em uma primeira análise baseada nos tipos da bateria, a expectativa é que o segmento de baterias de película fina represente a maior fatia do mercado em 2022. Esse tipo de bateria de estado sólido pode ser usado, por exemplo, em sensores, vestíveis, eletrônicos portáteis e equipamentos médicos. Os principais fatores impulsionadores da maior participação desse segmento são as menores dimensões e peso dessa classe de baterias, maior flexibilidade, maior densidade energética, menor chance de vazamento e ciclo de vida mais longo em relação aos modelos de estado sólido mais volumosos.

Levando em conta o tipo de aplicação, o estudo revelou que o segmento de dispositivos médicos é o que terá maior taxa de crescimento no mercado global de baterias de estado sólido durante o período de previsão. O alto crescimento desse segmento é atribuído principalmente aos avanços tecnológicos e à penetração da IoT na área médica.

Quando o critério de avaliação é a capacidade das baterias de estado sólido, o estudo mostrou que segmento de 21mAh a 500mAh deve responder pela maior fatia do mercado global em 2022, principalmente por conta da crescente demanda por pequenas fontes de armazenamento de energia e eletrônicos vestíveis. As baterias de estado sólido são preferíveis para eletrônicos de consumo, pois são mais seguras e estáveis ​​do que as baterias de lítio líquido.

O mercado global de baterias de estado sólido deve atingir US$ 3,81 bilhões até 2029, com uma taxa composta de crescimento anual de 58% entre 2022 e 2029. Em volume, espera-se que esse mercado cresça à taxa 71% a partir de 2022, atingindo 7,3 GWh até 2029.

Enquanto isso, no setor automotivo, o otimismo ainda não reina quando se trata das bateriais de estado sólido. Em entrevista ao Financial Times, Hiroaki Koda, que dirige uma joint venture entre Toyota e Panasonic, um dos maiores fabricantes mundiais de baterias automotivas, as baterias de lítio à base de líquido ainda serão dominantes nos próximos 10 anos. “Baterias de estado sólido como um divisor de águas ainda é uma reaidade distante. Um dos motivos é a dificuldade para desenvolver baterias de estado sólido. Outro é o potencial mais amplo das baterias de lítio líquido”, afirma Koda. O executivo disse que já está em desenvolvimento a próxima geração de baterias de lítio à base de líquido que deve ser lançada até 2025.