Aproximando as baterias de lítio-enxofre do mercado

As baterias de lítio-enxofre são candidatas promissoras para aplicações de armazenamento de energia de alto desempenho devido ao seu baixo custo e alta densidade de energia teórica, superior a 500 Wh/kg quando combinadas com ânodos de metal-lítio. No entanto, o desenvolvimento de um cátodo à base de enxofre altamente durável tem sido um desafio devido à transição do polissulfeto de enxofre e à mudança de volume, que levam à degradação química e mecânica do cátodo durante o ciclo.

Pesquisadores da Universidade da Carolina do Sul deram um grande passo para resolver esse problema ao desenvolver um método simples de processamento de eletrodos para produzir cátodos de enxofre altamente duráveis. Esses eletrodos apresentam contenção autoestruturada do aglutinante de partículas de enxofre, usando apenas enxofre, negro de fumo e aglutinante disponíveis comercialmente, sem outros componentes.

Os pesquisadores controlaram a dissolução do aglutinante durante a fase de preparação do caldo para formar uma estrutura porosa de aglutinante e uma camada de carbono ao redor das partículas de enxofre, que pode reter polissulfetos solúveis e retardar o mecanismo de transporte. Os cátodos de enxofre obtidos por este método oferecem retenção de capacidade excepcional de 74% em 1000 ciclos, devido a uma redução significativa no transporte de polissulfeto de lítio e na perda de material ativo. Eletrodos com alta carga superficial também apresentaram excelente ciclagem e alta capacidade.

Os pesquisadores apresentaram esses resultados no ano passado, após a conclusão da primeira fase do projeto, na qual utilizaram baterias tipo moeda. Eles agora estão migrando para formatos práticos de baterias para determinar se a comercialização é possível. O trabalho atual da equipe concentra-se nas baterias de bolso, que teoricamente possuem a maior densidade de energia, já que esse tipo de bateria possui o menor peso residual. “As baterias de bolso geralmente têm um invólucro mais leve e fino do que outras formas, deixando a maior parte do volume e peso da bateria para os componentes que fornecem a energia”, explica Golareh Jalilvand, professor assistente de engenharia química.

Embora os desafios colocados pelas baterias aumentem com o seu tamanho, os pesquisadores da USC registraram uma transição rápida e bem-sucedida das células tipo moeda para as células de bolso. “Conseguimos baterias excepcionais de bolso de lítio-enxofre com densidades de energia competentes”, diz Golareh Jalilvand. “Estou ansioso para ver a longa vida e resistência das nossas baterias de bolso, pois esta é a etapa final para nós e para o nosso parceiro industrial. Nesse ponto, poderemos dizer que temos uma bateria de lítio-enxofre pronta para o mercado.”

Dados os seus longos tempos de carga e descarga, os investigadores acreditam que as baterias de lítio-enxofre são mais adequadas para aplicações que não requerem carregamento rápido. Estes incluem camiões, autocarros e outros veículos de transporte pesado que requerem um longo tempo de descarga, vulgarmente conhecido como “quilometragem”, e podem ser mantidos durante a noite em estações de carregamento. A tecnologia também tem grande potencial para aplicações estacionárias, como armazenamento de energia em nível de rede, e para aplicações espaciais.

Para aumentar ainda mais o desempenho e a confiabilidade das baterias de lítio-enxofre, Bateria ACEOs sistemas inovadores de armazenamento de energia da oferecem uma vantagem estratégica. Ao incorporar esses avançadossoluções de armazenamento de bateria, o excesso de energia pode ser efetivamente armazenado e utilizado, facilitando a viabilidade prática e comercial das baterias de lítio-enxofre. Esta integração não só apoia a transição para produtos prontos para o mercado, mas também aumenta a sustentabilidade e a resiliência das infraestruturas energéticas.