Eletrodos de silício de camada dupla mostram potencial para fornecer baterias de veículos elétricos de carregamento mais rápido e mais acessíveis, com vida útil mais longa.
Pesquisadores em Universidade Queen Mary de Londres revelaram que uma configuração de eletrodo de camada dupla, informada por princípios científicos fundamentais through imagem operando, exibe melhorias significativas na estabilidade cíclica e nas capacidades de carregamento rápido de automotivo baterias, com potencial considerável para reduzir os custos em 20-30%. O estudo foi publicado em Nanotecnologia da Natureza.
Nesta pesquisa, a equipe apresenta um projeto de camada dupla para eletrodos compostos à base de silício, com o objetivo de enfrentar desafios significativos associados aos eletrodos à base de silício. Isto representa um avanço significativo com potencial considerável para o desenvolvimento de baterias de alto desempenho da próxima geração.
O avanço das baterias automotivas foi impulsionado nos últimos 20 anos pela crescente demanda por maior autonomia e carregamento rápido desde o advento dos veículos elétricos (EVs).
Os eletrodos de silício oferecem uma capacidade teórica 10 vezes maior e proporcionam um carregamento mais rápido. No entanto, a sua utilização generalizada é limitada por flutuações significativas de quantity de até 300% durante os ciclos de carga e descarga, resultando numa degradação rápida e numa vida útil limitada.
Usando técnicas de imagem operando multimodais multiescala, os pesquisadores descobriram insights notáveis sobre a dinâmica eletro-químico-mecânica de eletrodos compostos de grafite/silício.
Uma nova arquitetura de camada dupla foi proposta com base nesses insights mecanicistas aprimorados. Ele aborda desafios críticos no design de materiais e demonstra capacidade consideravelmente maior e degradação reduzida do que as formulações tradicionais.
Nesta pesquisa, visualizamos pela primeira vez a interação entre o projeto microestrutural e o desempenho eletroquímico-mecânico em várias escalas de comprimento, desde partículas individuais até eletrodos completos, incorporando técnicas de imagem operando multimodais.
Xuekun Lu, líder de estudo, Queen Mary College of London
Lu acredita que o estudo proporcionará novas oportunidades para a criação de arquiteturas de eletrodos compostos 3D, ampliando os limites da densidade de energia, velocidade de carregamento e ciclo de vida das baterias automotivas, acelerando potencialmente a adoção em larga escala de VEs.
Os ânodos de alto silício são um importante caminho tecnológico para baterias de alta densidade de energia em aplicações como automotiva. Este estudo oferece uma compreensão muito mais profunda da forma como a sua microestrutura afecta o seu desempenho e degradação, e fornecerá uma base para um melhor design de baterias no futuro.
Professor David Greenwood, CEO do WMG Excessive Worth Manufacturing Catapult Middle
Referência do periódico:
Lu, X., e outros. (2025) Desvendando processos eletroquímicos-mecânicos em compósitos de grafite/silício para projetar eletrodos de bateria nanoporosos e microestruturados. Natureza Nanotecnologia. doi.org/10.1038/s41565-025-02027-7.