Grandes inovações em baterias apresentam tecnologia promissora

Um novo método de síntese hidrotérmica produz um material de cátodo sem cobalto com partículas mais uniformes, redondas e bem compactadas (à direita) do que é comum nos cátodos atuais (à esquerda), mantendo mais estabilidade durante o ciclo de carregamento da bateria. Ilustração cedida pelo Oak Ridge National Laboratory

Este motor acionado magneticamente de alta velocidade reduz significativamente o uso de materiais de terras raras, como o neodímio. Foto cortesia da Universidade de New South Wales

Esta imagem mostra a microestrutura e o mapeamento elementar (silício, oxigênio e enxofre) de uma camada intermediária porosa contendo enxofre após 500 ciclos de carga-descarga em uma célula de bateria de lítio-enxofre. Ilustração cedida pelo Argonne National Laboratory

Os engenheiros do Oak Ridge National Laboratory (ORNL) desenvolveram um novo processo para produzir cátodos melhores e mais baratos para uso em baterias de íons de lítio. Ele permite uma maneira de produzir baterias mais acessíveis a partir de um processo mais rápido e menos dispendioso que usa menos material tóxico.

O processamento tradicional apresenta inúmeros desafios. Um grande obstáculo é a dependência do cobalto, um metal raro extraído e refinado no exterior.

O equilíbrio de outros metais comuns nos cátodos também pode tornar o processo de fabricação mais longo e perigoso. Por exemplo, a alta concentração de níquel levou ao uso generalizado de um método de mistura química para produção de cátodo que requer grandes quantidades de amônia para reações corrosivas. O uso desse produto químico tóxico aumenta os custos, aumenta as preocupações com a saúde e o meio ambiente e desperdiça grandes quantidades de água para reduzir a acidez.

Em vez de agitar continuamente os materiais do cátodo com produtos químicos em um reator, o novo método ORNL usa uma abordagem de síntese hidrotérmica. Ele cristaliza o cátodo usando metais dissolvidos em etanol. O etanol é mais seguro de armazenar e manusear do que a amônia e, posteriormente, pode ser destilado e reutilizado.

"Este novo processo oferece a principal vantagem de mover a indústria de cátodo para uma produção mais limpa e com custos mais competitivos, ao mesmo tempo em que coloca menos carga em nosso meio ambiente", disse Ilias Belharouak, Ph.D., principal investigador do projeto do ORNL.

O método de síntese hidrotérmica também é muito mais rápido. O tempo necessário para produzir partículas e preparar o próximo lote de cátodo cai de alguns dias para 12 horas.

"Além disso, o material produzido tem partículas mais uniformes, redondas e compactas que são ideais para um cátodo", explica Rachid Essehli, pesquisador principal do ORNL. "Como suas propriedades são semelhantes às dos cátodos baseados em cobalto de hoje, o novo material pode ser perfeitamente integrado aos processos de fabricação de baterias existentes. Esse material de cátodo pode fornecer mais energia e diminuir o custo das baterias de carros elétricos".

Um novo método de síntese hidrotérmica produz um material de cátodo sem cobalto com partículas mais uniformes, redondas e bem compactadas (à direita) do que é comum nos cátodos atuais (à esquerda), mantendo mais estabilidade durante o ciclo de carregamento da bateria. Ilustração cedida pelo Oak Ridge National Laboratory

Engenheiros da Universidade de New South Wales (UNSW Sydney) desenvolveram um motor acionado magneticamente que reduz significativamente o uso de materiais de terras raras, como o neodímio. O dispositivo de alta velocidade tem potencial para aumentar a autonomia dos veículos elétricos.

O projeto do protótipo do motor síncrono de ímã permanente interno (IPMSM), inspirado no formato da maior ponte ferroviária da Coreia do Sul, alcançou velocidades de 100.000 rotações por minuto. A potência e velocidade máximas alcançadas pelo motor excederam o recorde de alta velocidade existente de IPMSMs laminados, tornando-o o IPMSM mais rápido do mundo já construído com materiais de laminação comercializados.

O motor é capaz de produzir uma densidade de potência muito alta, o que é benéfico para os EVs na redução do peso total e no aumento do alcance para qualquer carga.

Um IPMSM possui ímãs embutidos em seus rotores para criar um torque forte para uma faixa de velocidade estendida. No entanto, os projetos existentes sofrem de baixa resistência mecânica devido às finas pontes de ferro em seus rotores, o que limita sua velocidade máxima.