A equipe ORNL recomenda foco na prensagem isostática para sólidos

Jul 19, 2023

Após meses de resultados de testes promissores, os pesquisadores de baterias do Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia estão recomendando que a indústria de baterias de estado sólido se concentre em uma técnica conhecida como prensagem isostática, enquanto busca comercializar baterias de estado sólido de próxima geração.

Em um artigo de revisão de foco de acesso aberto para ACS Energy Letters, os pesquisadores do ORNL recomendam que seja dada atenção à abordagem de prensagem isostática pouco estudada. Este processo utiliza fluidos e gases como água, óleo ou argônio dentro de uma máquina para aplicar pressão consistente em um componente da bateria, criando um material altamente uniforme. Com a ajuda de um parceiro industrial que produz este equipamento de prensagem, os pesquisadores do ORNL descobriram que a prensagem isostática poderia tornar a produção de baterias mais fácil e rápida, ao mesmo tempo que criava melhores condições para o fluxo de energia.

(a) Desafios atuais no processamento e integração de baterias de estado sólido. (b) Distribuição desigual de densidade por prensagem uniaxial única em matriz rígida para cilindro. (c) Diagrama esquemático de uma cavidade de vaso de pressão na qual a amostra é inserida e submetida a pressão isostática e condições de temperatura, e faixas de temperatura e pressão para Processamento Isostático a Frio (CIP) (azul), Processamento Isostático a Quente (WIP) (verde) e técnicas de processamento isostático a quente (HIP) (laranja). Dixit et al.

Marm Dixit e colegas do ORNL descobriram que a prensagem isostática pode criar camadas finas de eletrólito sólido e uniforme, mantendo um alto nível de contato entre as camadas para um movimento suave dos íons. O método funciona com uma variedade de composições de baterias em diferentes temperaturas e pressões.

Entre os resultados promissores, a prensagem isostática mostrou-se extremamente bem-sucedida em baixas temperaturas e com materiais eletrolíticos macios, que são mais fáceis de processar e que possuem estruturas cristalinas favoráveis ​​para a movimentação de íons. Anteriormente, a prensagem isostática das baterias era feita principalmente em temperaturas extremas: temperaturas muito altas ou à temperatura ambiente, mas não entre elas.

Todos esses materiais têm vantagens únicas que os pesquisadores gostariam de explorar. É por isso que é importante que você possa fazer prensagem isostática em qualquer lugar, desde a temperatura ambiente até vários milhares de graus Fahrenheit: isso significa que você pode usar qualquer coisa, desde polímeros a óxidos, toda a gama de materiais.

Essa versatilidade é fundamental para um processo de fabricação consistente para a ampla variedade de designs e materiais de baterias de estado sólido que estão sendo desenvolvidos, disse Dixit. A prensagem isostática também seria relativamente fácil de aumentar comercialmente – uma descoberta que tem atraído atenção significativa à medida que as empresas correm para fornecer baterias de estado sólido aos fabricantes de automóveis. Várias empresas automobilísticas líderes anunciaram sua intenção de vender veículos elétricos movidos a baterias de estado sólido dentro de alguns anos.

Ilias Belharouak, membro corporativo do ORNL e chefe da seção de eletrificação, disse que a tecnologia de baterias de estado sólido precisa ser aperfeiçoada para a fabricação em grande escala.

Todas as baterias de estado sólido estão em uma jornada de longo prazo. Mas a tecnologia de prensagem isostática, se escalável, forneceria uma maneira de montar as camadas da bateria sem pressões externas impraticáveis.

A prensagem isostática tem sido usada há décadas na ligação por fusão e na união de materiais. Recentemente, tem sido uma ferramenta para eliminar vazios e anomalias em peças impressas em 3D. No entanto, seus testes para aplicações de bateria foram limitados.

Os pesquisadores do ORNL indicaram que a prensagem isostática também pode permitir a fabricação das três camadas da bateria como um sistema único e denso, em vez de criá-las separadamente antes de juntá-las.

No artigo da ACS Energy Letters, a equipe de Dixit enfatizou a importância de buscar uma bateria de estado sólido que possa ser ampliada para fabricação.

Os pesquisadores do ORNL continuam realizando testes para saber quais combinações de temperatura e pressão de prensagem funcionam melhor com diferentes materiais e como esses fatores afetam a textura.