O estudo foi conduzido pelo nanoengenheiro Professor Zheng Chen da Universidade da Califórnia em San Diego e seus colegas. O Prof. Chen disse: “Você precisa de operação em alta temperatura em áreas onde a temperatura ambiente pode atingir três dígitos e as estradas ficam ainda mais quentes. Nos veículos elétricos, as baterias geralmente ficam embaixo do piso, perto dessas estradas quentes”.
O Prof. Chen continuou: “Além disso, as baterias aquecem apenas com a passagem de uma corrente durante a operação.
“Se as baterias não tolerarem esse aquecimento em alta temperatura, seu desempenho se degradará rapidamente.”
Em testes, a equipe descobriu que seus protótipos de baterias retinham 87,5 e 115,9% de sua capacidade de energia em -40 e 50F, respectivamente.
Além disso, as baterias também tiveram altas eficiências Coulombianas de 98,2 e 98,7% nessas temperaturas – o que significa que elas podem passar por mais ciclos de carga e descarga antes de parar de funcionar.
A chave para a capacidade das baterias de tolerar temperaturas quentes e frias está em seu eletrólito especial, explicou a equipe.
Este é feito de uma solução de éter dibutílico misturado com um sal de lítio.
O primeiro se liga fracamente aos íons de lítio, o que significa que, à medida que a bateria funciona, as moléculas de eletrólito podem facilmente liberar os íons, melhorando o desempenho em temperaturas abaixo de zero.
Além disso, o éter dibutílico é capaz de tolerar temperaturas mais altas porque possui um alto ponto de ebulição de 236F.
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Os pesquisadores explicaram que seu eletrólito também é compatível com projetos de baterias de lítio-enxofre, elogiados por sua capacidade de fornecer densidades de energia mais altas em temperaturas mais baixas.
Na verdade, as baterias de lítio-enxofre são capazes de armazenar até duas vezes mais energia por unidade de peso do que as baterias de íons de lítio atuais.
Quando utilizado em veículos elétricos, esta melhoria traduz-se numa duplicação da autonomia sem qualquer aumento do peso da bateria.
Além disso, o enxofre é mais abundante e menos problemático para obter do que o cobalto – cuja mineração tem sido associada a abusos de direitos humanos e poluição ambiental – que é usado para moldar os cátodos em baterias de íons de lítio.
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O eletrólito de éter dibutílico também supera um problema comum com baterias de lítio-enxofre que tendem a encurtar sua vida útil para cerca de dezenas de ciclos.
Especificamente, seus cátodos tendem a se dissolver – enquanto seus ânodos crescem estruturas semelhantes a agulhas chamadas dendritos que podem danificar a bateria e causar um curto-circuito.
O Prof. Chen disse: “Se você quer uma bateria com alta densidade de energia, você normalmente precisa usar uma química muito dura e complicada.
“Alta energia significa que mais reações estão acontecendo, o que significa menos estabilidade, mais degradação.”
O Prof. Chen concluiu: “Fazer uma bateria de alta energia que seja estável é uma tarefa difícil – tentar fazer isso em uma ampla faixa de temperatura é ainda mais desafiador.
“Nosso eletrólito ajuda a melhorar o lado do cátodo e o lado do ânodo, proporcionando alta condutividade e estabilidade interfacial.”
Com o estudo inicial concluído, os pesquisadores agora estão trabalhando para ampliar a química da bateria, estender seu ciclo de vida e otimizá-la para trabalhar em temperaturas ainda mais altas.
Os resultados completos do estudo foram publicados na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
O estudo foi conduzido pelo nanoengenheiro Professor Zheng Chen da Universidade da Califórnia em San Diego e seus colegas. O Prof. Chen disse: “Você precisa de operação em alta temperatura em áreas onde a temperatura ambiente pode atingir três dígitos e as estradas ficam ainda mais quentes. Nos veículos elétricos, as baterias geralmente ficam embaixo do piso, perto dessas estradas quentes”.
O Prof. Chen continuou: “Além disso, as baterias aquecem apenas com a passagem de uma corrente durante a operação.
“Se as baterias não tolerarem esse aquecimento em alta temperatura, seu desempenho se degradará rapidamente.”
Em testes, a equipe descobriu que seus protótipos de baterias retinham 87,5 e 115,9% de sua capacidade de energia em -40 e 50F, respectivamente.
Além disso, as baterias também tiveram altas eficiências Coulombianas de 98,2 e 98,7% nessas temperaturas – o que significa que elas podem passar por mais ciclos de carga e descarga antes de parar de funcionar.
A chave para a capacidade das baterias de tolerar temperaturas quentes e frias está em seu eletrólito especial, explicou a equipe.
Este é feito de uma solução de éter dibutílico misturado com um sal de lítio.
O primeiro se liga fracamente aos íons de lítio, o que significa que, à medida que a bateria funciona, as moléculas de eletrólito podem facilmente liberar os íons, melhorando o desempenho em temperaturas abaixo de zero.
Além disso, o éter dibutílico é capaz de tolerar temperaturas mais altas porque possui um alto ponto de ebulição de 236F.
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Os pesquisadores explicaram que seu eletrólito também é compatível com projetos de baterias de lítio-enxofre, elogiados por sua capacidade de fornecer densidades de energia mais altas em temperaturas mais baixas.
Na verdade, as baterias de lítio-enxofre são capazes de armazenar até duas vezes mais energia por unidade de peso do que as baterias de íons de lítio atuais.
Quando utilizado em veículos elétricos, esta melhoria traduz-se numa duplicação da autonomia sem qualquer aumento do peso da bateria.
Além disso, o enxofre é mais abundante e menos problemático para obter do que o cobalto – cuja mineração tem sido associada a abusos de direitos humanos e poluição ambiental – que é usado para moldar os cátodos em baterias de íons de lítio.
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Especificamente, seus cátodos tendem a se dissolver – enquanto seus ânodos crescem estruturas semelhantes a agulhas chamadas dendritos que podem danificar a bateria e causar um curto-circuito.
O Prof. Chen disse: “Se você quer uma bateria com alta densidade de energia, você normalmente precisa usar uma química muito dura e complicada.
“Alta energia significa que mais reações estão acontecendo, o que significa menos estabilidade, mais degradação.”
O Prof. Chen concluiu: “Fazer uma bateria de alta energia que seja estável é uma tarefa difícil – tentar fazer isso em uma ampla faixa de temperatura é ainda mais desafiador.
“Nosso eletrólito ajuda a melhorar o lado do cátodo e o lado do ânodo, proporcionando alta condutividade e estabilidade interfacial.”
Com o estudo inicial concluído, os pesquisadores agora estão trabalhando para ampliar a química da bateria, estender seu ciclo de vida e otimizá-la para trabalhar em temperaturas ainda mais altas.
Os resultados completos do estudo foram publicados na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
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