Usando resíduos de carvão para alimentar lítio

Feb 24, 2024

Postado pela equipe | 01 de agosto de 2023

Em 2020, a NETL concedeu à X-MAT, uma divisão da Semplastics, US$ 1 milhão para um projeto de três anos para desenvolver ânodos compostos cerâmicos derivados de polímeros que usam resíduos de carvão como fonte de carbono para ânodos de baterias de íons de lítio. Desde então, a equipa de investigação do X-MAT transformou esse financiamento em alguns desenvolvimentos promissores para o futuro da tecnologia de baterias de iões de lítio e da energia sustentável.

De acordo com a NETL, um ânodo é um dos dois eletrodos dentro de uma bateria de íons de lítio, normalmente consistindo de grafite depositado em uma folha de cobre. O grafite representa um componente significativo do peso e custo total de uma bateria de íons de lítio. Atualmente, pode ser derivado de grafite natural (extraído como grafite) ou grafite sintético (derivado de outros hidrocarbonetos) e a maior parte do seu custo (da ordem de US$ 10.000/tonelada) se deve aos requisitos de temperatura e tempo de processamento, foi explicado em um comunicado à imprensa.

A Benchmark Mineral Intelligence relata que “existem cerca de 150 libras de grafite por veículo elétrico e, até 2035, estima-se que mais de 150 novas minas de grafite seriam necessárias para atender à demanda projetada”. Como o grafite representa cerca de 28% da bateria típica de um veículo elétrico, a quantidade total de grafite necessária atingiria muitos milhões de toneladas até 2035." Seriam necessários muita energia, tempo e recursos para gerar tal quantidade de grafite.

No entanto, a nova tecnologia da X-MAT, que utiliza tratamento térmico para cerâmicas derivadas de carvão e polímeros como substituto do grafite, pode reduzir o tempo de processamento e a temperatura dos materiais anódicos, ao mesmo tempo que aumenta significativamente a carga de silício. “Com base nos resultados de nossa pesquisa e desenvolvimento financiados pelo Laboratório Nacional de Tecnologia Energética do Departamento de Energia, acreditamos que os resíduos de carvão podem desempenhar um papel importante na mitigação dessa deficiência e já estão sendo produzidos nos volumes que seriam necessários”, explicou um porta-voz da empresa no comunicado.

A equipe de pesquisa da X-MAT combinou carvão com a tecnologia proprietária da empresa à base de resina de formação de silício para criar carbono para baterias de íons de lítio, informou Joe Stoffa, gerente de tecnologia NETL para o Programa de Processamento de Minério de Carbono, em um comunicado à imprensa. Este material anódico foi testado de forma independente em baterias 18.650, que são usadas em BEVs populares. Os resultados das primeiras 18.650 células feitas com cerâmica derivada de carvão e polímero mostraram uma capacidade de retenção de 80% após 1.000 ciclos de carga e descarga total, o que demonstrou as promissoras capacidades de ciclo de vida da nova tecnologia, de acordo com o liberar.

“No final do projeto, o material do ânodo X-MAT demonstrou estabilidade no formato 18650 e se mostra promissor como um material de ânodo de carbono com alta carga de silício e tensão nominal mais alta que pode custar menos do que os existentes, ao mesmo tempo em que tem um co- benefício através da utilização de resíduos de carvão”, afirmou Stoffa.

O CEO da X-MAT, Bill Easter, disse à revista Waste Advantage: “O uso de resíduos de carvão como material de valor agregado não apenas fornece uma fonte doméstica para ânodos, mas cria um novo mercado para resíduos de carvão. Agradecemos o apoio do Departamento de Energia e da NETL, que tornaram este projeto possível. O nosso material à base de carvão pode satisfazer esta procura de uma forma mais ecológica e levaria a uma fonte doméstica de material anódico, ajudando os EUA a reduzir a dependência de países estrangeiros para os materiais críticos necessários para apoiar a crescente procura de eletrificação.”

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