Em uma abordagem totalmente nova para tornar as baterias de a­on-la­tio mais leves, seguras e eficientes, os cientistas da Universidade de Stanford e do Laborata³rio Nacional do Acelerador SLAC do Departamento de Energia reprojetaram um dos componentes mais pesados ​​da bateria - folhas de cobre ou aluma­nio conhecidas como atuais coletores - então eles pesam 80% menos e apagam imediatamente qualquer incaªndio que aparea§a.

Se adotada, disseram os pesquisadores, essa tecnologia poderia atender a dois objetivos principais da pesquisa de baterias: estender o alcance dos vea­culos elanãtricos e reduzir o perigo de laptops, telefones celulares e outros dispositivos explodirem em chamas. Isso éespecialmente importante quando as baterias são carregadas super-ra¡pido, criando mais tipos de danos a  bateria que podem causar incaªndios.

A equipe de pesquisa descreveu seu trabalho na Nature Energy hoje .

“O coletor atual sempre foi considerado um peso morto e atéagora não foi explorado com sucesso para aumentar o desempenho da bateria”, disse Yi Cui, professor do SLAC e Stanford e investigador do Instituto de Stanford para Ciências de Materiais e Energia (SIMES ) que conduziram a pesquisa.

“Mas em nosso estudo, tornar o coletor 80% mais leve aumentou a densidade de energia das baterias de a­on-la­tio - quanta energia elas podem armazenar em um determinado peso - em 16-26%. a‰ um grande salto em comparação com o aumento manãdio de 3% alcana§ado nos últimos anos. ”

Quer venham na forma de cilindros ou bolsas, as baterias de a­ons de la­tio tem dois coletores de corrente, um para cada eletrodo. Eles distribuem a corrente que flui para dentro ou para fora do eletrodo e respondem por 15% a até50% do peso de algumas baterias de alta potaªncia ou ultrafinas. Reduzir o peso da bateria édesejável por si são, permitindo dispositivos mais leves e reduzindo a quantidade de peso que os vea­culos elanãtricos tem de carregar; armazenar mais energia por peso determinado permite que os dispositivos e VEs durem mais tempo entre as cargas.

A redução do peso e da inflamabilidade da bateria também pode ter um grande impacto na reciclagem, tornando o transporte de baterias recicladas mais barato, disse Cui.

Pesquisadores da indústria de baterias tem tentado reduzir o peso dos coletores de corrente tornando-os mais finos ou mais porosos, mas essas tentativas tiveram efeitos colaterais indesejados, como tornar as baterias mais fra¡geis ou quimicamente insta¡veis ​​ou exigir mais eletra³lito, o que aumenta o custo , disse Yusheng Ye, um pesquisador de pa³s-doutorado no laboratório de Cui que realizou os experimentos com o acadêmico visitante Lien-Yang Chou.

Quanto a  questãoda segurança, ele disse: “As pessoas também tentaram adicionar retardante de fogo ao eletra³lito da bateria, que éa parte inflama¡vel, mas vocêsão pode adicionar atéque fique viscoso e não conduza mais os a­ons”.

Depois de pensar no problema, Cui, Ye e o estudante de graduação Yayuan Liu projetaram experimentos para fazer e testar coletores de corrente baseados em um pola­mero leve chamado poliimida, que resiste ao fogo e resiste a s altas temperaturas criadas pelo carregamento rápido da bateria. Um retardador de fogo - fosfato de trifenila, ou TPP - foi embutido no pola­mero, que foi então revestido em ambas assuperfÍcies com uma camada ultrafina de cobre. O cobre não apenas faria seu trabalho normal de distribuição de corrente, mas também protegeria o pola­mero e seu retardador de fogo.  

Essasmudanças reduziram o peso do coletor de corrente em 80% em comparação com as versaµes de hoje, disse Ye, o que se traduz em um aumento de densidade de energia de 16-26% em vários tipos de baterias e conduz a corrente tão bem quanto os coletores regulares sem degradação.

Quando expostas a uma chama aberta de um isqueiro, baterias de bolsa feitas com os coletores de corrente comercial de hoje pegaram fogo e queimaram vigorosamente atéque todo o eletra³lito queimou, disse Ye. Mas nas baterias com os novos coletores retardadores de chamas, o fogo nunca realmente começou, produzindo chamas muito fracas que se apagaram em poucos segundos e não explodiram novamente, mesmo quando os cientistas tentaram reacendaª-lo.

Uma das grandes vantagens dessa abordagem, disse Cui, éque o novo coletor deve ser fa¡cil de fabricar e também mais barato, porque substitui parte do cobre por um pola­mero barato. Portanto, amplia¡-lo para a produção comercial, disse ele, "deve ser muito via¡vel". Os pesquisadores solicitaram uma patente atravanãs de Stanford, e Cui disse que entrara¡ em contato com os fabricantes de baterias para explorar as possibilidades.

Este trabalho foi apoiado pelo Escrita³rio de Eficiaªncia Energanãtica e Energia Renova¡vel do DOE, Escrita³rio de Tecnologias de Vea­culos no a¢mbito do programa eXtreme Fast Charge Cell Evaluation of Lithium-ion Batteries (XCEL).