NEC desenvolve bateria de alta tensão e longa duração

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A NEC Corporation desenvolveu um protótipo de bateria de iões de lítio e manganésio de próxima geração que inclui cátodos que suportam operações de alta tensão e uma solução eletrolítica que melhora a estabilidade da operação a alta tensão. Espera-se que estes desenvolvimentos venham a aumentar a gama de veículos elétricos disponíveis no futuro, ao mesmo tempo que permite reduzir o peso das suas baterias.

A NEC produz e desenvolve atualmente baterias de iões de lítio com cátodos criados a partir de manganésio, um recurso abundante e de custo reduzido. Estas tecnologias são utilizadas em baterias de grande capacidade de armazenamento para veículos elétricos, bem como para uso residencial. Contudo, tem sido um desafio melhorar a relação capacidade-peso (densidade de energia) das baterias. Para resolver esta questão, a NEC introduziu tensões mais elevadas nas baterias e obteve progressos no desenvolvimento de uma solução eletrolítica que suprime a decomposição oxidativa da solução eletrolítica que é gerada à superfície dos cátodos, em resultado das tensões mais elevadas.

Este novo cátodo e solução eletrolítica aumentam a densidade energética da bateria em cerca de 30%, incrementando a sua capacidade e diminuindo o peso, sem comprometer um elevado nível de segurança .

“Estes desenvolvimentos podem contribuir para o aumento da autonomia de veículos elétricos, permitindo a produção de sistemas de armazenamento de energia de baixo peso e simplificando a gestão dos sistemas de baterias pela diminuição do número de células”, explica Hidenori Shimawaki, Diretor Geral dos Smart Energy Research Laboratories da NEC Corporation. “Além disso, estas novas baterias permitem tensões mais elevadas com a mesma vida útil das baterias convencionais de 4V de ião-lítio.”

As caraterísticas técnicas principais das baterias recentemente desenvolvidas incluem:

Novos cátodos de alta tensão, com elevada capacidade e leveza, que garantem a manutenção da segurança  

As novas baterias conseguem desempenhar operações de alta tensão como resultado da utilização de níquel em substituição de um material presente nos cátodos baseados em manganésio com estrutura em espinela, que possuem um nível elevado de segurança durante o carregamento. O uso destes cátodos e de ânodos de grafite permite o aumento da tensão média de operação para um nível de mais alta voltagem, dos 3.8V das tecnologias atuais para 4.5V. Como resultado, a densidade energética aumenta aproximadamente em 30%, de 150Wh/kg para 200Wh/kg. Isto aumenta a quantidade de energia armazenada em aproximadamente 30%, em comparação com as baterias já existentes com o mesmo peso. Alternativamente, estas baterias são cerca de 30% mais leves quando comparadas com baterias já existentes e com a mesma capacidade de armazenamento de energia.

Nova solução eletrolítica e longa vida útil com operação a tensões elevadas

O solvente da solução eletrolítica foi alterado de um solvente convencional baseado em carbonato para um solvente baseado em fluor que é altamente resistente à oxidação. Isto possibilita a supressão da decomposição oxidativa aquando da interação entre a solução eletrolítica e os cátodos, um aspeto que tem constituído um desafio às técnicas até agora existentes. Estas baterias mantêm aproximadamente 80% da sua capacidade original após terem sido submetidas a testes com 500 ciclos de carga e descarga totais em condições de temperatura inferior à ambiente (20ºC), mantendo cerca de 60% em condições de temperatura superior à ambiente (45ºC). Adicionalmente, as baterias apresentam um desempenho com um ciclo de vida equivalente ao das baterias convencionais de 4V. A praticabilidade destas baterias é adicionalmente demonstrada pela supressão da formação de gás entre células e a redução significativa do rácio de dilatação da bateria para apenas 10% (em baterias convencionais é de mais de 100%) após testes cíclicos conduzidos em condições de temperatura superior à temperatura ambiente.

A NEC pretende continuar a conduzir investigações e desenvolvimentos que suportem uma maior capacidade, ciclo de vida e fiabilidade para estas baterias em preparação para a sua adoção tanto em veículos elétricos como em baterias estacionárias de grande capacidade de armazenamento.

A NEC apresentou estes desenvolvimentos no Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science 2012 (PRIME 2012), que teve lugar em Honolulu, no Havai, entre os dias 7 e 12 de outubro.


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Patricia Fonseca

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