Hospedeiro anódico cerâmico para confinamento de sódio eletrodepositado

• Processo: 23/06275-3
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de abril de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2028
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Pesquisador responsável: Ana Candida Martins Rodrigues
• Beneficiário: Ana Candida Martins Rodrigues
• Pesquisador Responsável no exterior: Henry Auer
• Instituição Parceira no exterior: Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems, Alemanha
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Lilian Menezes de Jesus
• Bolsa(s) vinculada(s): 25/08105-3 - Obtenção de eletrólitos sólidos cerâmicos, condutores por íon sódio, utilizando a técnica de Flash-sintering., BP.TT
• Assunto(s): Eletrólitos poliméricos Materiais funcionais Materiais cerâmicos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: bateria de estado sólido | bateria de íon sódio | eletrólitos sólidos | flash-sintering | materiais anódicos cerâmicos | materiais funcionais | Cerâmicos

Resumo

As baterias à base de sódio de 5ª geração constituem uma tecnologia emergente. Elas são seguras, econômicas e dependem de elementos abundantes e, portanto, são uma alternativa promissora às baterias de íons de lítio. No entanto, sua densidade de energia gravimétrica e volumétrica limitada, impede-as de se tornar uma tecnologia líder para armazenamento móvel de energia. Ainda são necessários esforços para melhorar a densidade de energia e potência, a capacidade de carregamento rápido e a vida útil, bem como reduzir os custos de fabricação e permitir a reciclagem total. O projeto "Hospedeiro anódico cerâmico para confinamento de sódio eletrodepositado" - Na-CerAnode resolve essas questões desenvolvendo um substrato poroso para armazenamento de sódio metálico que agirá como um ânodo hospedeiro físico. O conceito permite o design de ânodos com alteração de volume insignificante durante o ciclo, alta capacidade específica de 1000 mAh g-1 e alta segurança. Além disso, o projeto desenvolve tecnologia avançada de sinterização Flash para atingir altas condutividades iônicas a nível do componente de pelo menos 0,5 mS cm-1 com uma demanda de energia e tempo reduzida. O design da superfície interfacial pelo revestimento ALD (Atomic Layer Deposition) permite o carregamento rápido a 5C e uma alta eficiência para a ciclagem do sódio para aplicação no desenvolvimento de uma bateria de metal de sódio com excesso zero ("sem ânodo"). O projeto é ainda auxiliado pela caracterização operacional avançada para análise dos mecanismos da nucleação de sódio metálico e os processos de redução e oxidação do sódio. Para atingir esses objetivos, o projeto desenvolverá e adaptará a tecnologia de tape-casting para sinterizar substratos condutores porosos de íons de sódio, desenvolverá tecnologia de sinterização Flash e de revestimento por ALD da superfície de poros internos, desenvolvendo assim uma célula completa baseada no conceito de ânodo físico. Além disso, abordará uma economia circular (como reparo, remanufatura, reciclagem) para baterias com o novo material de ânodo, derivará um conceito de reciclagem baseado na reciclagem das baterias de litio, e fornecerá uma primeira análise tecno-ecológica. O projeto está, portanto, alinhado com a sustentabilidade e os requisitos do RRI (Responsible Research and Innovation- Pesquisa e Inovação Responsáveis) e apoiará a ciência aberta.A Na-CerAnode fornecerá suporte para toda a cadeia de inovação. Após a validação do conceito Na-CerAnode em TRL 3-4, o risco econômico associado a um maior desenvolvimento pode ser assumido pelas empresas, ou seja, o conhecimento obtido pode ser transferido para projetos de pesquisa subsequentes em conjunto entre a academia e a indústria, capacitando empresas europeias e, se possível, brasileiras no mercado de produção de baterias. O projeto apoiará o Acordo Verde Europeu, chamando a atenção para as novas tecnologias de energia limpa e baterias do futuro, propondo um princípio para a próxima geração de baterias que evita o uso de recursos raros e conflitantes, como o lítio. O projeto também apoia o alcance dos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável da ONU, em particular o ODS 7 ("Energia acessível e limpa"), concentrando-se em uma tecnologia de armazenamento de energia, acessível pelo uso de matérias-primas abundantes e limpa por meio da economia de energia durante a produção, aumentando a estabilidade a longo prazo e simplificando as estratégias de reciclagem. Todos esses aspectos também contribuem para produzir benefícios socioecológicos no contexto da RRI, uma vez que o estabelecimento de uma infraestrutura sustentável de armazenamento de energia tem dimensões socioecológicas, éticas e políticas.Finalmente, o projeto Na-CerAnode fortalece a cooperação internacional unindo o potencial tecnológico e científico dos três países/regiões participantes (Alemanha/Saxônia, Eslováquia e Brasil/S.P.) e aumentando a competitividade da ciência e economia da Europa e América do Sul. (AU)