Bateria de íon de lítio vs bateria de estado sólido

Bateria de íon de lítio vs bateria de estado sólido

As baterias de íon de lítio e as baterias de estado sólido são duas opções principais para alimentar dispositivos eletrônicos portáteis. Esses dois tipos de baterias têm vantagens e desvantagens distintas. Aqui está uma visão geral de cada um. Se você não tiver certeza de qual tipo é melhor, continue lendo.

Baterias de estado sólido

Embora as baterias de íon de lítio não sejam novas, a tecnologia ainda está em sua infância. A Toyota, por exemplo, está realizando pesquisas experimentais nessa área como forma de se manter competitiva no mercado de VEs. A Volkswagen também iniciou parcerias com pequenas empresas de tecnologia para desenvolver baterias de estado sólido para aplicações automotivas.

As baterias de estado sólido têm o potencial de simplificar a estrutura interna e a embalagem da bateria. Isso pode reduzir o custo de fabricação. Os pesquisadores investigarão esse uso potencial usando equações diferenciais para modelar baterias de estado sólido. Para começar, os pesquisadores examinarão a literatura publicada sobre modelos de bateria. Os modelos resultantes permitirão determinar as características de desempenho da bateria de estado sólido.

A bateria Li-ion tem um design bifásico, com um ou mais eletrólitos sólidos separando o líquido do sólido. Este projeto tem várias vantagens. O uso de um eletrólito híbrido oferece vantagens adicionais, como maior estabilidade por longos períodos. Um eletrólito de polímero sólido também tem vantagens sobre o eletrólito líquido puro.

As baterias de íon de lítio de estado sólido são capazes de armazenar grandes quantidades de energia, tornando-as boas candidatas para futuros dispositivos de armazenamento de energia. Essas baterias têm uma densidade de energia mais alta e desempenho de segurança superior. Seu maior desafio está na interface entre o eletrólito sólido e o eletrodo. É importante entender como a camada de interface é formada e como resolver esse problema.

Baterias de lítio

Comparadas às baterias de estado sólido, as baterias de íons de lítio são leves, duráveis ​​e podem ter um desempenho melhor em pacotes empilháveis. No entanto, eles podem ser instáveis ​​e podem explodir ou causar incêndios se expostos a altas temperaturas. Dito isto, as baterias de íons de lítio são a opção mais segura e confiável para a mobilidade elétrica.

À medida que os veículos elétricos se tornam cada vez mais populares, a indústria está se concentrando em melhorar o desempenho da bateria. Embora as baterias de íons de lítio tenham sido a opção dominante, as baterias de estado sólido mais recentes podem em breve assumir a liderança na tecnologia de veículos elétricos. As baterias de estado sólido têm uma densidade de energia mais alta e podem aumentar o alcance do veículo em cinquenta a cem por cento.

As baterias de íons de lítio contêm eletrólitos líquidos, enquanto as baterias de estado sólido são compostas de materiais sólidos. A principal diferença entre os dois tipos está na forma como os eletrólitos são armazenados. As baterias de estado sólido são mais estáveis ​​do que as baterias de íons de lítio e podem ser até 2.5 vezes mais potentes do que as baterias líquidas.

As baterias de estado sólido podem ser mais caras do que as baterias de íons de lítio. Eles também são conhecidos por sofrerem de curtos-circuitos. Isso se deve ao fato de que suas partículas de metal de lítio podem se acumular em um lado da bateria. Este dendrito perfurará o separador, causando um curto-circuito.

As baterias de íons de lítio contêm eletrólitos líquidos, que podem ser voláteis e inflamáveis. As baterias de estado sólido não contêm componentes líquidos, portanto, apresentam menores riscos de incêndio do que as baterias de íons de lítio. Eles também exigem menos sistemas de segurança do que as baterias de íons de lítio. As baterias de estado sólido também oferecem maior densidade de energia.

Baterias de íon líquido

As baterias de íons líquidos são uma ótima opção para veículos elétricos porque são fáceis de armazenar e descarregar. No entanto, eles têm algumas desvantagens. As baterias de íons de lítio podem desenvolver uma condição chamada de fuga térmica, que ocorre quando uma única célula da bateria começa a aquecer e faz com que as outras células do pacote sigam o exemplo. Em última análise, isso causa um incêndio dentro da bateria, que pode ser difícil de extinguir. As baterias de íon de lítio também tendem a vazar eletrólito, que é muito inflamável. Consequentemente, essas baterias precisam ser carregadas antes de serem usadas.

As baterias de estado sólido também têm suas desvantagens. Embora sejam muito mais leves e compactas que as baterias de íons de lítio, não são tão duráveis ​​quanto as baterias tradicionais. Além disso, eles são menos eficientes em temperaturas extremas, tornando-os menos úteis para veículos. Além disso, podem ser mais instáveis ​​e causar incêndios e explosões.

As baterias de estado sólido também têm a vantagem de serem mais densas em energia. Eles têm duas ou três vezes a densidade de energia das baterias de íons de lítio. Isso significa que eles seriam menores e mais leves, o que poderia ser benéfico para os consumidores. Além disso, eles podem dar aos EVs um alcance maior. Isso pode ser ótimo para o meio ambiente.

As baterias de estado sólido também oferecem maior capacidade. Enquanto eles ainda estão em fase experimental, eles são capazes de armazenar mais energia do que suas contrapartes de íons líquidos. Alguns fabricantes de automóveis, incluindo Toyota e Volkswagen, estão investindo enormes quantias de dinheiro no desenvolvimento de baterias de estado sólido para veículos. Algumas dessas empresas estão planejando trazer essa tecnologia para o mercado de massa até o final de 2024.

Eletrólito em uma bateria de íons de lítio

Os cientistas ainda estão procurando a bateria de íons de lítio perfeita. Eles querem que ele tenha uma alta densidade de energia e também seja seguro de usar. Muitas baterias atualmente em uso contêm eletrólitos líquidos que podem ser inflamáveis. As baterias de íons de lítio de estado sólido são inteiramente feitas de componentes sólidos e podem ser mais seguras de usar. Novas pesquisas levaram ao desenvolvimento de um novo eletrólito sólido.

Uma vantagem das baterias de estado sólido é seu desempenho em baixas temperaturas. Os eletrólitos líquidos não toleram altas temperaturas, mas os eletrólitos sólidos podem. O eletrólito sólido também suporta operações de carregamento rápido sem degradação. Também requer menos material e energia para fazer. As baterias de estado sólido só podem ser comprovadas se puderem ser produzidas em massa.

As baterias de lítio de estado sólido têm um mecanismo de extração semelhante às baterias de íons de lítio. Os eletrodos são feitos de metal e o eletrólito é um material líquido ou sólido. Os íons de lítio se movem através do eletrólito, o que cria um fluxo elétrico.

Eletrólitos sólidos não requerem um separador.

Outra desvantagem das baterias de estado sólido é seu alto custo. Embora sejam mais baratas que as baterias de estado líquido, ainda não são produzidas em massa. O eletrólito sólido deve ser quimicamente inerte e um bom condutor de íons entre os dois eletrodos. A outra desvantagem das baterias de estado sólido é que elas têm um ciclo de vida mais curto do que suas contrapartes de estado líquido.

Ânodo em uma bateria de íons de lítio

Acredita-se que as baterias de lítio de estado sólido apresentam menor risco de incêndio e requerem menos equipamentos de segurança. Eles também têm a vantagem de poder usar ânodos de lítio-metal para alta densidade de energia. Atualmente, mais de cinquenta empresas estão pesquisando e desenvolvendo baterias de estado sólido. Alguns até indicaram que estão desenvolvendo tecnologias proprietárias de eletrólitos em estado sólido. Fabricantes de automóveis e grandes fabricantes de baterias também fizeram investimentos nessa nova tecnologia.

Uma grande desvantagem das baterias de estado sólido é a instabilidade interfacial do eletrodo e eletrólito. Isso leva a uma camada de interface que é passivada e impede a difusão de Li+ através da interface eletrodo-SSE. Além disso, a ciclagem de alta tensão pode degradar o SSE, fazendo com que ele oxide.

O grafite serviu historicamente como ânodo para baterias de íons de lítio, mas as empresas iniciantes agora estão desenvolvendo alternativas com melhor desempenho. O silício, um material primário comum usado em baterias de íons de lítio, tem uma densidade de energia muito maior por volume do que o grafite.

Ânodos de metal de lítio também estão se tornando disponíveis para baterias de lítio de estado sólido. Os ânodos de metal de lítio podem ser fabricados com alta densidade de energia e maior capacidade.