Cientistas chineses alcançaram um avanço significativo na tecnologia de baterias de estado sólido ao desenvolver um ânodo de silício com uma estrutura tridimensional única, projetada para superar a instabilidade inerente do material. A descoberta, liderada pelo professor Chen Wanghua da Universidade de Ningbo, aborda um grande obstáculo no desenvolvimento de baterias da próxima geração: a tendência do silício de se expandir e degradar durante os ciclos de carga.
O problema com o silício
O silício é excepcionalmente promissor para baterias de lítio de alta capacidade, contendo teoricamente dez vezes mais energia do que os ânodos de grafite convencionais. No entanto, a sua dramática mudança de volume (mais de 300%) durante o carregamento prejudicou historicamente a sua aplicação no mundo real. Essa expansão causa estresse mecânico, quebra as interfaces da bateria e diminui rapidamente o desempenho.
Como afirma o professor Chen Wanghua, o silício é um “superportador” com imenso potencial de armazenamento, mas que “se expande violentamente” e “colapsa” sob uso repetido. Esta instabilidade tem sido a principal barreira para a realização de todo o potencial do silício.
A solução “respirável”
A equipe de pesquisa empregou a deposição química de vapor aprimorada por plasma (PECVD) para criar uma nova arquitetura colunar de silício diretamente integrada ao coletor de corrente. Este projeto apresenta uma estrutura core-shell “dual-phase” construída em duas etapas.
A principal inovação é a introdução deliberada de vazios entre nanofios de silício alinhados verticalmente. Esta rede cria “válvulas de respiração” internas, permitindo que o silício se expanda para espaços reservados quando os íons de lítio entram, em vez de esmagar o eletrólito sólido circundante.
Efetivamente, os investigadores passaram da utilização de “pó de silício” para a construção de uma “floresta” de nanofios entrelaçados que pode acomodar a expansão sem falhas estruturais.
Desempenho e durabilidade excepcionais
Os testes confirmam o desempenho superior do novo ânodo. A bateria de estado sólido resultante manteve o fornecimento de energia mesmo quando dobrada ou cortada, demonstrando excepcional robustez mecânica e segurança.
Esta inovação representa uma mudança no sentido de projetar materiais de bateria tendo em mente tanto a condutividade iônica quanto a integridade estrutural. Ele aproxima significativamente as baterias de silício de estado sólido de alta energia e longa duração da realização prática.
Esta pesquisa fornece um caminho técnico viável para o desenvolvimento de baterias de próxima geração, revolucionando potencialmente o armazenamento de energia para veículos elétricos e eletrônicos portáteis.
