Proteção de superfície e otimização interfacial por revestimentos de Deposição de Camada Atômica (DCA) em eletrólitos sólidos à base de sulfeto

• Processo: 22/07637-3
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2026
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Acordo de Cooperação: M-ERA.NET
• Pesquisador responsável: Marcos de Oliveira Junior
• Beneficiário: Marcos de Oliveira Junior
• Pesquisador Responsável no exterior: Henry Auer
• Instituição Parceira no exterior: Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems , Alemanha
• Pesquisador Responsável no exterior: Henry Auer
• Instituição Parceira no exterior: Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems , Alemanha
• Instituição Sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Município da Instituição Sede: São Carlos
• Pesquisadores associados: Anuraag Gaddam ; Marcos de Oliveira Junior
• Assunto(s): Ressonância magnética Ressonância magnética nuclear Baterias de íon-lítio Eletrólitos poliméricos Deposição de camada atômica Sulfetos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Atomic Layer Deposition | lithium ion battery | nuclear magnetic resonance | Solid Electrolytes | Ressonância Magnética

Resumo

Os eletrólitos sólidos de sulfeto apresentam um alto potencial para aplicação em baterias totalmente em estado sólido, embora sejam compatíveis com a tecnologia convencional de processamento de íons de lítio. Ainda assim, alguns obstáculos relacionados à degradação do material precisam ser superados. Assim, o projeto proposto visa uma proteção de superfície e otimização interfacial por revestimentos ALD em eletrólitos sólidos à base de sulfeto (SE) - ALD-SE. Pelo design de superfície adequado, a reatividade dos sulfetos (i) contra a umidade, (ii) com solventes polares e (iii) em potenciais de eletrodo anódicos e catódicos é suprimida. Os primeiros aspectos (i) e (ii) são decisivos para uma cadeia produtiva sustentável. A proteção contra umidade suprime a formação de H2S tóxico durante a fabricação da bateria, danos às células e processos de reciclagem. Os requisitos reduzidos para uma atmosfera de processamento seca, portanto, energia segura e custo operacional. A maior compatibilidade com solventes permite o uso de sistemas de aglutinantes estabelecidos com baixos teores de aglutinantes - um requisito fundamental para células de alto desempenho. O último aspecto (iii) aumenta o desempenho da célula reduzindo reações colaterais prejudiciais. Isso também permite a fabricação de células de longa duração. Para atingir esses objetivos, os revestimentos aplicados pela ALD são desenvolvidos e otimizados quanto à composição e espessura. Esses desenvolvimentos são apoiados por RMN atomística de estado sólido e uma compreensão macroscópica e eletroquímica dos efeitos da camada superficial aplicada nas propriedades do material. A tecnologia de processo é adaptada a um pó (TRL 2 a TRL 3) e uma rota à base de folha (TRL 2 a TRL 4). Ambas as estratégias apresentam vantagens e desvantagens em relação ao processamento de sulfeto em nível de material e componente, implementação e escalabilidade da tecnologia ALD na cadeia de fabricação de baterias e funcionalidade da bateria totalmente em estado sólido. Esses aspectos são avaliados e atualizados ao longo do projeto. Embora os materiais estejam localizados no início da cadeia de valor, no negócio de baterias é difícil superestimar seu impacto no desempenho e no preço do produto final. A introdução de revestimentos ALD apoia o desenvolvimento de toda a cadeia de valor de baterias de estado sólido na Europa. Pela proteção IP adequada, o valor agregado devido aos revestimentos pode se tornar mais importante do que o material não revestido inicial. Os eletrólitos de sulfeto de última geração (SoA) não podem ser processados diretamente em baterias de estado sólido devido a problemas de interface. A tecnologia ALD-caoting e a engenharia de superfície adequada podem preencher essa lacuna entre o SoA e as propriedades desejadas. Através do projeto ALD-SE estamos nos aproximando de um desenvolvimento escalável de uma bateria de estado sólido intrinsecamente segura e de alta energia. (AU)