Baterias impressas em wafers de silício trazem maior capacidade e durabilidade e menor custo

A evolução das baterias é um assunto que tem pressionado a indústria a ser mais criativa. Nesse sentido, a empresa XNRGI patenteou uma nova tecnologia para a produção de baterias de lítio.

Segundo a patente, esta tecnologia é capaz de armazenar 36 milhões de microbaterias num favo de 20 por 20 micrómetros de silício, que é então revestido com lítio e outros materiais catódicos.

Empresa cria "bolacha" com milhões de microbaterias

A empresa americana XNRGI está a desenvolver uma nova tecnologia para a fabricar baterias de lítio, chamada X-PowerChip. Esta nova abordagem é capaz de criar milhões de microbaterias impressas em wafers de silício de 20x20 micrómetros. Os favos são então revestidos com os materiais que formam o cátodo da bateria. Dessa forma, passa a haver o procedimento compatível com as diferentes químicas dos cátodos das baterias atuais.

Segundo a empresa, as novas baterias baseadas nas suas patentes podem estar prontas para chegar ao mercado em 2020. A sua aplicação inicial será como baterias estacionárias para armazenamento de energia. Assim, servirão para incluir na rede de distribuição de eletricidade e também para armazenar energia de fontes renováveis e estações de recarga de alimentação para veículos elétricos em corrente contínua.

Por outro lado, estas baterias também são adequadas para uso em veículos elétricos. Contudo, a empresa ainda não divulgou quando estaria pronto um primeiro protótipo funcional para este segmento.

Microbaterias que são mais eficientes e baratas

Atualmente, já existem baterias de lítio que incorporam silício nos seus elétrodos. A tecnologia que a XNRG tem desenvolvido desde há 15 anos está focada em alcançar um novo sistema de produção muito mais eficiente e rápido.

Nesse sentido, os equipamentos de produção são capazes de imprimir um favo de silício de 20 por 20 micrómetros que forma a estrutura básica do elétrodo. Esse favo é então revestido com lítio e outros materiais para formar os cátodos, de tal modo que se obtêm "milhões de microbaterias". Além disso, a tecnologia é compatível com diferentes produtos químicos catódicos de baterias, para que possa ser utilizada nas baterias de hoje e nas próximas gerações mais evoluídas.

Nova tecnologia resolve problema das baterias de iões de lítio

Portanto, o uso de wafers de silício resolve vários dos desafios atuais da bateria de lítio. Cada wafer contém 36 milhões destas microbaterias num chip de silício poroso de 12 polegadas. As reduzidas baterias ativas carregam uma carga suficientemente pequena e têm espaço suficiente entre as células para evitar o crescimento de dendritos, que fazem com que as baterias tradicionais percam capacidade ao longo do tempo e ciclos de carga/descarga, facilitando o curto-circuito da bateria e causando um incêndio.

A XNRGI espera que as suas baterias durem três vezes mais do que as baterias de lítio convencionais. Além disso, os chips podem ser empilhados com segurança até uma capacidade de energia de 100 kWh graças a uma densidade de até 400 Wh/kg ou 1.600 Wh/l, quatro vezes mais densidade de energia do que as células de iões de lítio convencionais.

A resistência de crescimento do dendrito também aumenta o poder de recarga. Simultaneamente é evitada a necessidade de reduzir a velocidade dos carregadores quando as baterias estão quase cheias, para que eles possam carregar a bateria cheia no poder máximo.

Os carregadores mais rápidos de hoje, além dos Supercarregadores Tesla que só podem usar nos seus veículos por enquanto, podem funcionar a 150 kW o que é aproximadamente 80% de carga em cerca de 20 minutos. Nesse sentido, com 300 e 350 kW de potência no próximo ano, o tempo de recarga será reduzido pela metade. Apesar disso, não podemos esquecer que ainda é o dobro do tempo necessário para encher um tanque de combustível médio.

Tecnologia pode vir a equipar carros elétricos

Em termos de custo de produção, a XNRGI diz que pode chegar a 150 dólares por kWh. Até agora, já vendeu 600 unidades que estão a ser usadas em aplicações de armazenamento. Além disso, o produto também está acessível para eletrónicos de consumo. As tecnologias XNRGI permitem uma produção escalável e de grande volume. A capacidade de produzir essas baterias em fábricas existentes que já fabricam wafers semicondutores de silício, aperfeiçoados em Silicon Valley nos últimos 20 anos, reduz o custo da sua instalação em 95%.

A XNRGI tem 15 patentes emitidas, para as quais exigiu mais de 80 milhões de dólares em investimentos de empresas como a Motorola, Energizer, Marinha dos EUA, Argonne National Laboratory (parte do Departamento de Energia dos EUA) e Novellus Systems.