Sua Próxima Bateria Pode Ser Impressa em Papel

O tumulto na cadeia de suprimentos parece estar em todo lugar, se estendendo desde semicondutores até uma gama de commodities. Com as commodities e os preços dos recursos naturais flutuando tanto diante de eventos geopolíticos, e com a crescente demanda por veículos elétricos, o mundo poderia ver uma escassez de lítio até 2025 (segundo uma avaliação da Agência Internacional de Energia). Diante da crescente demanda por lítio, pesquisadores na academia e na indústria têm procurado materiais alternativos para baterias a fim de superar esses desafios.

Um dos desenvolvimentos mais interessantes foi produzido por pesquisadores dos Laboratórios Federais Suíços para Ciência e Tecnologia de Materiais (Empa). Os resultados da pesquisa foram publicados em uma edição recente da Nature. Eles anunciaram um material inovador para baterias ativado por água que pode ser impresso em uma folha de papel. Em teoria, esse material eletroquimicamente ativo poderia ser impresso em qualquer material de substrato, como um isolante flexível como plástico.

Embora ninguém esteja sugerindo o uso de baterias de papel para veículos elétricos, o material pode produzir até 1,2 V em uma única célula (comparável às químicas de bateria Ni-MH). Portanto, pilhas desse tipo de material poderiam ser usadas como uma pequena bateria descartável para eletrônicos portáteis ou outros dispositivos pequenos. Isso não é a solução mágica para a escassez de lítio, mas esses materiais alternativos poderiam permitir a desvio de lítio para áreas muito mais críticas como os VE.

Um Material de Bateria Baseado em Tinta

O material desenvolvido pelos pesquisadores da Empa é na verdade um material em camadas à base de carbono que envolve grafite, negro de fumo, zinco como ânodo e sal. A química baseada em carbono e sal pode ser ativada com a aplicação de água, conforme descrito abaixo. A estrutura em camadas deste material de bateria é mostrada no gráfico abaixo.

As camadas superior e inferior de grafite + negro de fumo atuam como as camadas ativas que participam da reação eletroquímica da bateria. Quando revestidas com sal e expostas à água, a reação eletroquímica resultante pode fazer com que a corrente flua através de um circuito conectado.

Esta descoberta particular não é um sistema viável, é apenas uma demonstração de uma nova química que produz energia suficiente para alimentar pequenos eletrônicos. A saída de energia sendo compatível com baterias Ni-MH e alcalinas mostra que o material é viável do ponto de vista eletroquímico. O aspecto comercial é outra questão, como delineio abaixo.

Então, isso é uma substituição para as químicas de bateria padrão com as quais todos estamos familiarizados? Provavelmente não, mas materiais de carbono estão sendo usados em químicas baseadas em Li como material de ânodo, proporcionando vários benefícios para sistemas eletrificados.

Materiais Alternativos Atraentes, Mas com Longo Caminho

Embora materiais alternativos para baterias destinados a substituir totalmente as químicas existentes (incluindo lítio) sejam um tópico de pesquisa contínua, essa via tem um longo caminho e o percurso para a comercialização é repleto de riscos. Portanto, a indústria de materiais para baterias tem se concentrado em melhorias no design das baterias, incluindo o uso de materiais semelhantes que melhoram a operação da bateria sem alterar a química nas baterias.

Por que devemos nos importar com mudanças na química das baterias? Do ponto de vista da sustentabilidade e garantindo que a demanda por eletrificação possa ser atendida, encontrar uma química alternativa que seja comparável ao lítio é uma via atraente. O problema vem da comercialização: as químicas baseadas em Li e outras químicas baseadas em metais são bem compreendidas e já foram qualificadas do ponto de vista da segurança. Isso torna a construção em cima das químicas fundamentais baseadas em Li uma opção atraente do ponto de vista de risco e responsabilidade. Se uma nova química for desenvolvida e houver um caminho para a comercialização, a nova química precisará demonstrar algum nível de conformidade regulatória, bem como prova de confiabilidade para os clientes.

Por essas razões, o foco recente entre os desenvolvedores de materiais para a indústria de baterias tem sido o uso de materiais de carbono para melhorias incrementais dentro dos designs de baterias existentes. Os designers de baterias podem aproveitar o conhecimento existente de fabricação, teste e controle de qualidade de baterias nesses novos designs de baterias enquanto ainda recebem os benefícios da química baseada em carbono.

Alguns dos principais benefícios dos materiais baseados em carbono usados nas químicas de baterias existentes incluem:

Um dos principais materiais baseados em carbono sendo desenvolvidos para melhorar as baterias de íon de lítio é o grafite funcionalizado, que pode ser facilmente fabricado e usado para construir ânodos para sistemas de baterias de íon de lítio. Outro material baseado em carbono são os nanotubos de carbono, que se beneficiam de seu alto transporte de carga balística ao longo da direção axial. Quando incorporados em sistemas de baterias, esses materiais oferecem maiores taxas de carga/descarga e capacidades em uma química de bateria já confiável.

À medida que mais desses sistemas de baterias chegam ao mercado e os designers podem incorporá-los em seus sistemas, certifique-se de usar os recursos avançados de busca e filtragem no Octopart para encontrar todos os componentes avançados de que você precisa para sistemas eletrificados. Quando você usa o motor de busca de eletrônicos do Octopart, você terá acesso a dados atualizados de preços de distribuidores, inventário de peças e especificações de peças, e tudo isso é livremente acessível em uma interface amigável ao usuário. Confira nossa página de circuitos integrados para encontrar os componentes de que você precisa.

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