Para que os vea­culos elanãtricos (EVs) se tornem populares, eles precisam de baterias econa´micas, seguras e duradouras que não explodam durante o uso ou prejudiquem o meio ambiente. Pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Gea³rgia podem ter encontrado uma alternativa promissora a s baterias convencionais de a­ons de la­tio feitas de um material comum: borracha.

Os elasta´meros, ou borrachas sintanãticas, são amplamente utilizados em produtos de consumo e tecnologias avana§adas, como eletra´nicos vesta­veis e roba³tica macia, devido a s suas propriedades meca¢nicas superiores. Os pesquisadores descobriram que o material, quando formulado em uma estrutura 3D, agiu como uma superestrada para o transporte rápido de a­ons de la­tio com resistência meca¢nica superior, resultando em baterias de carregamento mais longas que podem ir mais longe. A pesquisa, realizada em colaboração com o Instituto Avana§ado de Ciência e Tecnologia da Coreia, foi publicada na quarta-feira na revista Nature.

Nas baterias convencionais de a­ons de la­tio , os a­ons são movidos por um eletra³lito la­quido . No entanto, a bateria éinerentemente insta¡vel: mesmo o menor dano pode vazar para o eletra³lito , causando explosão ou incaªndio. As questões de segurança forçaram a indústria a olhar para as baterias de estado sãolido , que podem ser feitas com material cera¢mico inorga¢nico ou polímeros orga¢nicos.

"A maior parte da indústria estãose concentrando na construção de eletra³litos inorga¢nicos de estado sãolido. Mas eles são difa­ceis de fabricar, caros e não são ecologicamente corretos", disse Seung Woo Lee, professor associado da Escola de Engenharia Meca¢nica George W. Woodruff , que éparte de uma equipe de pesquisadores que descobriram um pola­mero orga¢nico a  base de borracha superior a outros materiais. Eletra³litos de polímeros sãolidos continuam atraindo grande interesse devido ao seu baixo custo de fabricação, não toxicidade e natureza macia. No entanto, eletra³litos de polímeros convencionais não possuem condutividade ia´nica e estabilidade meca¢nica suficientes para operação confia¡vel de baterias de estado sãolido.

Os engenheiros da Georgia Tech resolveram problemas comuns (transporte lento de a­ons de la­tio e propriedades meca¢nicas ruins) usando os eletra³litos de borracha. O principal avanço foi permitir que o material formasse uma fase de cristal pla¡stico tridimensional (3D) interconectada dentro da robusta matriz de borracha. Esta estrutura única resultou em alta condutividade ia´nica, propriedades meca¢nicas superiores e estabilidade eletroquímica.

Este eletra³lito de borracha pode ser feito usando um processo de polimerização simples em condições de baixa temperatura, gerando interfaces robustas e suaves nasuperfÍcie dos eletrodos. Essas caracteri­sticas exclusivas dos eletra³litos de borracha evitam o crescimento de dendritos de la­tio e permitem a movimentação de a­ons mais rápida, permitindo a operação confia¡vel de baterias de estado sãolido mesmo em temperatura ambiente.

"A borracha tem sido usada em todos os lugares por causa de suas altas propriedades meca¢nicas e nos permitira¡ fabricar baterias baratas, mais confia¡veis ​​e seguras", disse Lee.

"Uma condutividade ia´nica mais alta significa que vocêpode mover mais a­ons ao mesmo tempo", disse Michael Lee, pesquisador de pós-graduação em engenharia meca¢nica. “Ao aumentar a energia especa­fica e a densidade de energia dessas baterias, vocêpode aumentar a quilometragem do EV”.

Os pesquisadores agora estãoprocurando maneiras de melhorar o desempenho da bateria aumentando seu tempo de ciclo e diminuindo o tempo de carregamento por meio de uma condutividade ia´nica ainda melhor. Atéagora, seus esforços viram uma melhoria de duas vezes no desempenho / tempo de ciclo da bateria.

O trabalho pode melhorar a reputação da Gea³rgia como um centro de inovação em vea­culos elanãtricos. A SK Innovation, uma empresa global de energia e petroquímica, estãofinanciando pesquisas adicionais do material eletrola­tico como parte de sua colaboração conta­nua com o Instituto para construir baterias de estado sãolido de próxima geração que são mais seguras e mais densas em energia do que as baterias convencionais de a­ons de la­tio. A SK Innovation anunciou recentemente a construção de uma nova fa¡brica de baterias para vea­culos elanãtricos em Commerce, na Gea³rgia, que devera¡ produzir um volume anual de baterias de a­ons de la­tio igual a 21,5 Gigawatt-hora até2023.

"Baterias totalmente em estado sãolido podem aumentar drasticamente a quilometragem e a segurança dos vea­culos elanãtricos . Empresas de baterias em rápido crescimento, incluindo a SK Innovation, acreditam que a comercialização de baterias totalmente em estado sãolido se tornara¡ um divisor de a¡guas no mercado de vea­culos elanãtricos", disse Kyounghwan Choi, diretor do centro de pesquisa de baterias de próxima geração da SK Innovation. "Atravanãs do projeto em andamento em colaboração com a SK Innovation e o professor Seung Woo Lee da Georgia Tech, hágrandes expectativas para a rápida aplicação e comercialização de baterias totalmente em estado sãolido."