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A sinterização a frio resolve o desafio da bateria
Um método de baixa temperatura para criar baterias de estado sólido mais seguro e de alto desempenho, potencialmente transformando o armazenamento de energia em tudo, desde smartphones a veículos elétricos.
Em um salto promissor para o armazenamento de energia de próxima geração, os pesquisadores da Penn State estão avançando a tecnologia de baterias de estado sólido que poderia substituir as baterias tradicionais-e muitas vezes perigosas-de íon lítio encontradas em telefones, laptops e veículos elétricos.
A equipe, liderada por Hongtao Sun, professora assistente de engenharia industrial e de manufatura, está focada em eletrólitos de estado sólido (SSEs), que substituem os eletrólitos líquidos inflamáveis nas baterias convencionais.Os SSEs oferecem estabilidade e segurança térmica superior, mas historicamente, são difíceis de produzir devido a altas temperaturas de processamento e baixa condutividade.
Para resolver isso, a equipe da Sun empregou uma técnica conhecida como sinterização a frio-um processo de baixa temperatura que comprime pós de cerâmica em formas densas usando pressão e uma pequena quantidade de solvente.Esse método permitiu aos pesquisadores criar um novo SSE composto de polímero de cerâmica chamado LATP-PILG, combinando a alta condutividade de um gel líquido poli-iônico (PILG) com a estabilidade da LATP cerâmica."A sinterização tradicional requer temperaturas próximas a 1.000 ° C", explicou Sun, "mas a sinterização a frio nos permite mantê -lo a cerca de 150 ° C. Isso é baixo o suficiente para preservar os componentes do polímero, enquanto densificando a cerâmica".
Uma grande inovação reside na maneira como a equipe abordou questões de transporte de íons.Normalmente, os limites dos grãos em materiais cerâmicos impedem a condutividade.Mas, ao integrar o PILG nos limites dos grãos, eles criaram vias de engenharia que aumentam o movimento iônico e reduzem a perda de energia.O SSE composto resultante não apenas possui condutividade alta em temperatura ambiente, mas também suporta uma janela de tensão mais ampla (0 a 5,5 volts), em comparação com os 0 a 4 volts típicos dos eletrólitos líquidos.Isso significa que as baterias podem usar cátodos de alta tensão e fornecer mais energia.
Olhando para o futuro, o Sun prevê aplicações amplas para sinterização a frio além das baterias - em fabricação de semicondutores e processamento geral de cerâmica."Nosso próximo passo é desenvolver um modelo de produção sustentável e escalável", disse ele."É aí que reside o futuro dessa tecnologia".