Como funcionam as baterias de estado sólido?

Wie funktionieren Festkörperbatterien?
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A grande diferença entre as baterias de estado sólido e outros tipos de baterias é o uso de eletrólitos sólidos, em vez dos eletrólitos líquidos usados ​​em outras baterias. As baterias de íon de lítio tiveram avanços tecnológicos, mas os especialistas acreditam amplamente que a tecnologia de íon de lítio atingiu o limite de sua eficiência. O próximo passo para o futuro requer um tipo diferente de bateria, e é aí que as baterias de estado sólido entram em cena.

As baterias de estado sólido são menores, mais leves e fornecem maior densidade de energia do que as baterias de íon de lítio baseadas em eletrólitos líquidos. O principal desafio para sua ampla adoção tem sido a busca por um eletrólito sólido com capacidade condutiva suficiente para grandes baterias, bem como um método de fabricação que permita economias de escala.

Como funciona uma bateria?

Todas as baterias têm três partes principais: o ânodo, o cátodo e o eletrólito. Uma bateria funciona porque os íons carregados querem viajar do cátodo para o ânodo através do eletrólito. Isso acontece porque os componentes da bateria cuidadosamente escolhidos criam uma reação química que produz elétrons livres. Como resultado, uma carga positiva se acumula no cátodo da bateria. Isso atrai os elétrons livres carregados negativamente do ânodo. Esses elétrons livres querem viajar de um ânodo para o cátodo. Ao fazê-lo, eles fornecem energia ao seu dispositivo.

Lembre-se de que as forças elétricas e químicas sempre querem se equalizar. Imagine uma bateria carregada como uma gangorra inclinada em uma direção. As cargas querem deslizar para baixo neste plano até que a reação seja equalizada. A recarga move todos os íons de volta às suas posições iniciais. Imagine atacar enquanto aumenta nossa gangorra desequilibrada da metáfora anterior.

Como as baterias modernas são melhores?

Apenas alguns materiais são capazes de funcionar como baterias, portanto, os componentes devem ser escolhidos com muito cuidado com base em suas propriedades químicas. Como resultado, o avanço da tecnologia de baterias envolve melhorar a eficiência de um material de bateria existente ou descobrir novos materiais que funcionam melhor. E já que procuramos em todos os lugares óbvios por melhorias nas baterias, agora temos que começar a procurar sob as rochas da nanotecnologia e da ciência dos materiais. As baterias de estado sólido são uma das descobertas desse processo, usando eletrólitos diferentes para atingir o mesmo objetivo de qualquer outro tipo de bateria, mas mais rápido, mais barato e menos sujeito a explodir.

diagrama de bateria de lítio-ar-bateria de estado sólido

O eletrólito mais adequado para substituir as baterias de íon de lítio é um eletrólito de vidro à base de sódio. De acordo com os pesquisadores, um eletrólito de vidro produz uma bateria com três vezes a densidade de energia de uma bateria de íon de lítio. O sódio necessário para a fabricação dessas baterias é abundante. Isso reduz drasticamente o impacto ecológico da produção de baterias.

Como as baterias de estado sólido são melhores?

tecnologia de bateria de estado sólido

As baterias de estado sólido melhoram as baterias de íon-lítio usando um eletrólito sólido no lugar de um eletrólito líquido ou polimérico. Acontece que essa mudança melhora quase todas as características da bateria. As baterias de estado sólido atendem a todos os requisitos de nossa tecnologia de baterias de fantasia. Eles são leves, têm baixo impacto ambiental, usam muitos componentes, são menos propensos a pegar fogo e oferecem mais potência.

O único problema é o processo de fabricação. Ainda estamos descobrindo como fazer essas baterias mais baratas e em grande escala. No momento, as baterias de estado sólido são muito caras para serem amplamente adotadas. Felizmente, somos muito bons em encontrar novas maneiras de fazer as coisas com mais eficiência. As baterias de estado sólido devem eventualmente render economias de escala e ter ampla adoção.

Quais são os usos das baterias de estado sólido?

carro elétrico com baterias de estado sólido

As baterias de estado sólido podem melhorar quase todos os dispositivos com uma bateria. Eles são especialmente atraentes para os fabricantes de carros elétricos. Empresas como a Tesla essencialmente projetam um carro em torno da bateria. É o componente mais importante, definindo a maioria das características do carro. Analistas da indústria preveem que o carro elétrico terá ampla adoção apenas quando a distância percorrida entre as cargas atingir ou ultrapassar a dos carros movidos a gasolina. As baterias de estado sólido podem ser a passagem para esse futuro.

Crédito da imagem: Bateria com separador de polímero

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