Bateria de silício de laboratório mantém 83% após 1 000 ciclos

Carregar, descarregar, repetir: após 1 000 ciclos, as células de bolsa ricas em silício do Fraunhofer ISE ainda mantinham mais de 83 % da capacidade original. O instituto divulga o resultado de células de 25 Ah construídas na sua sala limpa em Friburgo, na Alemanha, numa linha de produção semiautomática e com folhas de elétrodos disponíveis no mercado.

As células combinam um ânodo de silício-carbono e grafite com um cátodo NMC (níquel-manganês-cobalto) rico em níquel. O compósito de silício-carbono representa 51 % do material ativo do ânodo. Os ânodos atingiram mais de 1 000 mAh/g, uma medida da quantidade de carga que o material retém por grama. A vida útil em ciclos é o obstáculo que tem impedido o silício de entrar na produção em massa, e Lukas Dold, responsável pela equipa de tecnologia e escalabilidade de materiais para baterias no Fraunhofer ISE, afirmou que mais de 1 000 ciclos com, pelo menos, 80% de retenção é considerado um objetivo de desempenho importante.

As células atingiram 280 Wh/kg ao nível da célula, um valor medido no formato de investigação não otimizado PrecISE do instituto. Dold disse que se espera que um formato de bolsa otimizado para a indústria atinja cerca de 330 Wh/kg. Trata-se de uma expetativa, não de uma medição, e o instituto não indica qualquer data para isso.

A pressão revelou-se decisiva. As células foram sujeitas a ciclos com duas pressões de contacto axiais, 300 kPa e 1 000 kPa, e o valor de 83% aplica-se apenas às células a 1 000 kPa. A 300 kPa, Marc Kissling, responsável pelo grupo de produção e avaliação tecnológica de células de bateria, afirmou que a capacidade utilizável diminuiu significativamente mais depressa, sobretudo durante a operação a 1C, ou seja, carregar ou descarregar a capacidade total em uma hora. O Fraunhofer ISE não publicou um valor de retenção para essas células. Verificou também que, à medida que as células envelheciam, a capacidade medida a taxas de descarga baixas se afastava da capacidade disponível durante os ciclos regulares a 1C, razão pela qual o instituto afirma que as condições reais de funcionamento devem ser avaliadas em conjunto com a retenção.

Para os fabricantes de automóveis, os operadores de redes elétricas e as empresas aeroespaciais, a promessa é de uma bateria que armazena mais energia com a mesma massa. Os parceiros apontam como objetivo o armazenamento estacionário de excedentes de energia solar e eólica, a par da mobilidade elétrica e da aeronáutica. O projeto StrOboBatt, liderado pela PCC Thorion com o Fraunhofer ISE, a Glatt Ingenieurtechnik, a LG Chem Europe, a E-Lyte Innovations e a UniverCell Holding, tem a duração prevista de três anos e recebeu um financiamento federal de 2,6 milhões de euros. O Fraunhofer ISE defende ainda que os compósitos de silício-carbono poderiam reduzir a dependência mundial do grafite e deslocar parte da cadeia de valor das matérias-primas para a União Europeia. Estes benefícios dependem da chegada do formato industrial de 330 Wh/kg e de as células resistirem fora de uma sala limpa, algo que o instituto ainda não demonstrou.