Baterias de íons lítio toda em estado sólido – Perspectivas e Desafios para eletrólitos sólidos
Doutora em ciências na Área de Tecnologia Nuclear - Materiais pela Universidade de São Paulo (USP). Experiência na área de Engenharia de Materiais e Metalúrgica, com ênfase em materiais cerâmicos e compósitos, atuando principalmente nos seguintes temas: Síntese de Nanoparticulados, Sinterização, Espectroscopia de Impedância eletroquímica e Microscopia Eletrônica para componentes de Células a combustível de óxido sólido e baterias de íons lítio. Atualmente pesquisadora no Instituto Senai de inovação em eletroquímica atuando no desenvolvimento de baterias de íons lítio.
Shirley Reis
ISI Eletroquímica
Resumo
A pesquisa e comercialização de baterias de íons lítio têm crescido como reflexo de estratégias de descarbonização mundial fazendo parte das grandes tendências da indústria. As baterias de íons lítio são utilizadas em veículos elétricos e em sistemas de armazenamento de energia estacionárias, acopladas com sistemas fotovoltaico ou eólico. As baterias de íons lítio são dispositivos eletroquímicos compostos por quatro componentes principais: dois eletrodos (ânodo e cátodo) separados por um separador polimérico e um eletrólito. As baterias de íons lítio possuem alguns desafios para a sua aplicação, dentre eles, podemos destacar problemas de segurança, que podem ocorrer devido ao eletrólito líquido que é atualmente empregado, além disso, o aumento na densidade de energia gravimétrica e volumétrica. Neste contexto, as baterias toda em estado sólido – All Solid State Battery (ASSB) aparecem como uma alternativa para resolver esses problemas. Existem diversos tipos de ASSB nos quais o principal desafio reside no material de eletrólito sólido e no estudo da interface eletrodo/eletrólito. Eletrólitos com estrutura do tipo Garnet são considerados candidatos promissores para aplicações de eletrólitos sólidos em ASSB, pois possuem características como: alta estabilidade química frente ao lítio metálico, grande janela de estabilidade eletroquímica que permite que seja utilizado em conjunto com eletrodos de alta voltagem, e alta condutividade iônica (que pode chegar até 10-3 S.cm-1). Neste trabalho, eletrólitos sólidos do tipo Garnet com composição Li5+xLa3(Nb2−xZrx)O12 (x entre 0 e 1,5) foram sintetizados por reação de estado sólido e sinterizados por sinterização por Spark Plasma Sintering (SPS). A caracterização do pó indica a formação de solução sólida com alta homogeneidade química e partículas esféricas. Altas densidades relativas (>96%) foram obtidas quando sinterizadas a 950 °C por 10 min e com pressão de 50 MPa. Embora a formação da fase secundária La2Zr2O7 tenha sido identificada por difração de raios X nas pastilhas dopadas com Zr, foi eliminado para x = 0,75 e 1 por tratamento térmico convencional a 850 °C por 1h. Elevados valores de condutividade iônica foram alcançados para x ≥ 0,75, atingindo um valor máximo em da ordem de 10−4 S.cm−1 a 25 °C com energia de ativação de 0,38 eV. Os resultados indicaram que o Zr4+ promoveu aumento significativo da condutividade de íons de lítio por diminuir a energia de ativação.