Tecnologia de bateria de última geração: reimaginando todos os aspectos das baterias

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Artesanato de papel de baterias com nível de capacidade aumentando gradualmente na vista frontal de fundo verde.  Conceito de vida útil da bateria.

Começou a corrida para gerar novas tecnologias que preparem a indústria de baterias para a transição em direção a um futuro com mais energia renovável. Neste cenário competitivo, é difícil dizer quais empresas e soluções sairão vitoriosas.

As empresas e as universidades estão a apressar-se para desenvolver novos processos de fabrico para reduzir os custos e reduzir o impacto ambiental da construção de baterias em todo o mundo. Eles estão trabalhando para desenvolver novas abordagens para construir cátodos e ânodos – os componentes carregados negativa e positivamente das baterias – e até mesmo usar íons diferentes para manter a carga. Embora não possamos analisar todas as tecnologias que estão em desenvolvimento, podemos analisar algumas para dar uma ideia dos problemas que as pessoas estão tentando resolver.

Fabricação mais limpa

A empresa Sylvatex, com sede na Califórnia, desenvolveu um processo eficiente e sem água para a fabricação de material ativo catódico (CAM). “Esta inovação de processo reduz o custo total do CAM em 25%, ao mesmo tempo que utiliza 80% menos energia e elimina o uso de água e fluxos de resíduos de sulfato de sódio”, disse Virginia Klausmeier, CEO e fundadora da Sylvatex.

O objetivo da Sylvatex é impactar a pegada de carbono do processo de fabricação de baterias, segundo Klausmeier. Ela argumentou que outras empresas ampliaram um processo ineficiente à medida que o mercado cresceu rapidamente. “Essas usinas utilizam 200 milhões de galões de água anualmente. O material do cátodo representa cerca de 50-70 por cento do custo da bateria.”

De acordo com Alex Kosyakov, cofundador e CEO da empresa de componentes de baterias Natrion, o processo usual de fabricação de cátodos e baterias de íons de lítio tem muitas etapas. Os fabricantes começam extraindo minérios com baixas concentrações iniciais de metais extraídos, como cobalto, manganês, alumínio e níquel. Eles os quebram em pedaços muito pequenos em imensas cubas contendo lâminas giratórias ou bolas de cerâmica.

As empresas tratam os minérios com uma solução de ácido sulfúrico que contém grande quantidade de água. Os sais de sulfato são extraídos após esta etapa. O tratamento resulta na liberação de dióxido de enxofre na atmosfera, o que causa chuva ácida e cria problemas de segurança no local de trabalho.

Em seguida, os fabricantes misturam sais de sulfato com sais de lítio, combinam-nos e transformam-nos em pó. Eles aquecem os pós em enormes fornos a altas temperaturas para remover impurezas e depois os aquecem novamente para fundir o lítio com o metal e o oxigênio.

Depois disso, para fazer os cátodos, costumam moer novamente os pós. Eles então fazem uma tinta ou pasta combinando o pó resultante com solventes e aglutinantes. Eles pintam o líquido resultante em papel alumínio e deixam secar. Em seguida, eles cortam a folha revestida no tamanho certo, colocam-na em camadas com os outros materiais da bateria, pressionam as camadas resultantes em uma prensa, enrolam-na em um carretel ou bobina e colocam-na na lata da bateria.

“O que fizemos foi desenvolver um processo que chamamos de processo de ‘próxima geração’ que não utiliza água”, disse Klausmeier. “Ele usa uma versatilidade ou flexibilidade de matérias-primas sem as moléculas de sulfato, então você não tem nenhum desses resíduos, então você pode usar uma gama mais ampla de insumos que podem vir de materiais reciclados… ou materiais extraídos e refinados que precisam ser extraídos. e refinado menos.”

Klausmeier disse que sua empresa usa hidróxidos ou óxidos metálicos como matéria-prima. O processo envolve a combinação desses materiais com um aditivo patenteado que ela descreve como “não exatamente um surfactante” em uma panela que os mistura. Isto é seguido por uma etapa de calcinação. (A calcinação envolve o aumento da temperatura de um composto em um ambiente com oxigênio limitado, mas sem aquecê-lo tanto a ponto de derreter.)

A remoção do enxofre do processo reduz os riscos de fabricação da criação do CAM.

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