Pesquisadores chineses avançaram significativamente na tecnologia de baterias para veículos elétricos, desenvolvendo um método inovador para sintetizar materiais de cátodo de cristal único, que promete estender drasticamente a vida útil e a eficiência dessas baterias. Este avanço pode permitir que veículos elétricos viagem até um milhão de quilômetros sem a necessidade de recarga.
A equipe da Pohang University of Science and Technology (POSTECH), liderada pelo Professor Kyu-Young Park, do Instituto de Materiais Ferrosos e Ecológicos, juntamente com o candidato a PhD Kyoung Eun Lee e a ex-aluna Yura Kim, colaborou com a POSCO Holdings N.EX.T Hub para desenvolver uma tecnologia de síntese de cristal único que melhora significativamente a longevidade dos materiais de cátodo usados em veículos elétricos. Esta pesquisa foi publicada na revista internacional *ACS Materials & Interfaces*.
As baterias de lítio (Li) secundárias, comumente usadas em veículos elétricos, armazenam energia convertendo energia elétrica em energia química e vice-versa, através do movimento de íons de lítio entre um cátodo e um ânodo. Tradicionalmente, os materiais de cátodo à base de níquel (Ni) são preferidos devido à sua alta capacidade de armazenamento de íons de lítio.
No entanto, esses materiais têm uma morfologia policristalina composta por muitos pequenos cristais que podem sofrer degradação estrutural durante os ciclos de carga e descarga, reduzindo significativamente sua vida útil.
Uma abordagem para resolver esse problema é produzir o material do cátodo em forma de “cristal único”. Criar materiais de cátodo à base de níquel como partículas grandes únicas, ou “cristais únicos”, pode aumentar sua estabilidade estrutural e química, além de sua durabilidade. Os materiais de cristal único são sintetizados em altas temperaturas e se tornam extremamente rígidos. Contudo, o processo exato de endurecimento durante a síntese e as condições específicas sob as quais isso ocorre permanecem pouco claras.
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Bateria para carro elétrico
Os pesquisadores focaram em identificar uma temperatura específica, chamada de “temperatura crítica”, na qual materiais de cristal único de alta qualidade são sintetizados. Eles investigaram várias temperaturas de síntese para determinar as condições ótimas para formar cristais únicos na síntese de um material de cátodo à base de níquel (N884).
Descobriu-se que materiais policristalinos convencionais, sintetizados abaixo de uma determinada temperatura crítica, são propensos à degradação com o uso prolongado em baterias secundárias. No entanto, quando sintetizados acima dessa temperatura crítica, cristais únicos de alta qualidade podem ser produzidos facilmente, resultando em materiais com longevidade superior.
Este fenômeno ocorre devido a um processo chamado “densificação”, que acontece acima de uma certa temperatura crítica. Durante esse processo, o tamanho dos grãos internos do material aumenta e os espaços vazios dentro do material são densamente preenchidos.
Cristais únicos densificados são extremamente duros e resistentes à degradação ao longo do tempo, aumentando significativamente sua durabilidade. Baseados nessas descobertas, os pesquisadores confirmaram que sintetizar cristais únicos acima da temperatura crítica é uma estratégia de design de material mais vantajosa e propuseram um método eficaz para sintetizar materiais de cristal único de alta qualidade.
O Professor Kyu-Young Park afirmou: “Introduzimos uma nova estratégia de síntese para melhorar a durabilidade dos materiais de cátodo à base de níquel.” Ele acrescentou: “Continuaremos nossa pesquisa para tornar as baterias secundárias para veículos elétricos mais baratas, rápidas e duradouras.”
