Como a tecnologia de baterias de estado sólido está mudando o armazenamento de energia

Como a tecnologia de baterias de estado sólido está mudando o armazenamento de energia

Novas tecnologias de bateria estão proliferando à medida que aumenta a demanda por soluções de armazenamento de energia seguras e eficientes. As baterias de estado sólido (SSBs) representam um grande avanço na tecnologia de armazenamento de energia, com o potencial de superar várias limitações das baterias de íon-lítio (LIBs) tradicionais. Ao substituir eletrólitos líquidos ou em gel inflamáveis por materiais sólidos, como cerâmicas, polímeros ou sulfetos, as baterias de estado sólido oferecem maior segurança, estabilidade térmica superior e densidades de energia significativamente mais altas, atingindo até 500 Wh/kg, em comparação com 250 Wh/kg em sistemas convencionais. A presença de um eletrólito sólido não só permite o uso de ânodos de lítio metálico e cátodos de alta capacidade, como também mitiga os riscos de alta inflamabilidade, formação de dendritos, decomposição eletrolítica em altas voltagens e vazamentos que afetam as baterias com eletrólito líquido.

Com capacidade para suportar mais de 1.000 ciclos, em comparação com os 500 ciclos das baterias de íon-lítio típicas, as baterias de estado sólido também prometem uma vida útil mais longa. Sua pegada menor e potencial para um design mais compacto do que os LIBs os tornam ideais para uso em veículos elétricos (EVs), eletrônicos vestíveis, dispositivos médicos como marcapassos e aplicações aeroespaciais.

Examinamos a Coleção de Conteúdo do CASTM, o maior repositório de informações científicas com curadoria humana, para entender melhor o panorama da pesquisa sobre baterias de estado sólido, e encontramos uma mudança clara da pesquisa em estágio inicial para um interesse científico e comercial generalizado (ver Figura 1).  

Figura 1: Tendências de publicação no campo de baterias de estado sólido. Os dados para 2025 são parciais até julho. Fonte: Coleção de conteúdo do CAS.

Figura 1: Tendências de publicação no campo das baterias de estado sólido. Os dados para 2025 abrangem até julho. Fonte: Coleção de Conteúdo do CAS.

No início dos anos 2000, a atividade era mínima, indicando que as baterias de estado sólido se limitavam à pesquisa fundamental. No entanto, por volta de 2017, artigos acadêmicos e patentes aumentaram de forma acentuada, refletindo o amadurecimento tecnológico, a demanda do mercado e o reconhecimento dessa tecnologia como uma solução para limitações importantes das baterias de íon-lítio convencionais.  

Agora, o número ligeiramente maior de patentes sugere que o campo está indo além da pesquisa acadêmica rumo à prontidão comercial, com empresas garantindo propriedade intelectual. O crescimento acentuado das patentes nos últimos anos reflete uma demanda urgente impulsionada pelo aumento dos EVs, pelo armazenamento em escala de rede de energia renovável e pela necessidade de soluções energéticas mais seguras e de alto desempenho. O impulso atual indica que as baterias de estado sólido alcançaram um ponto crítico de pesquisa e investimento, frequentemente observado pouco antes de grandes avanços e da adoção em larga escala.

A Ásia lidera a inovação global em baterias.

Para avaliar os esforços de comercialização no setor de SSB, identificamos as 15 principais empresas com base em sua atividade de patente (Figura 2a). Empresas japonesas como Toyota e Panasonic lideram com extensos portfólios de patentes, refletindo o investimento estratégico inicial do Japão em Tecnologia SSB e seu forte alinhamento com o setor automotivo. A presença de outras grandes empresas asiáticas, como a LG Chem, a Samsung SDI e a CATL, reforça ainda mais a liderança da Ásia na inovação global de baterias (ver Figura 2a).  

As tendências de atividade de patentes comerciais entre países revelam mudanças na dinâmica de inovação no campo de SSB (Figura 2b). Embora o Japão tenha mantido uma liderança estável por meio de investimentos consistentes e pesquisas de longo prazo, a rápida ascensão da China nos últimos anos marca uma mudança significativa. Esse aumento é impulsionado não apenas por empresas estabelecidas, mas também por uma onda de novos participantes que estão registrando patentes ativamente.  

Em contraste, a atividade de patentes relativamente menor dos Estados Unidos e da Alemanha, apesar de seus fortes setores automotivo e tecnológico, sugere prioridades estratégicas diferentes ou abordagens alternativas para proteção de propriedade intelectual no domínio de SSB.

Figura 2a. O gráfico de barras mostra os principais titulares comerciais de patentes pelo número de famílias de patentes, liderados pela Toyota (aprox. 1.800), seguida por Panasonic, LG Chem e Samsung SDI. O gráfico de pizza inserido mostra a participação por país: Japão 43%, China 30%, Coreia do Sul 10%, EUA 8%, Alemanha 3%, outros 5%.

Figura 2a: Principais entidades comerciais identificadas pelo número de publicações de patentes relacionadas a baterias de estado sólido. O gráfico de pizza inserido mostra o volume de patentes comerciais publicadas por países/regiões.  

Figura 2b. O gráfico de linhas compara as tendências de famílias de patentes por país entre 2014 e 2024. A China aumenta acentuadamente após 2018, ultrapassando 1.600 em 2024. Japão cresce constantemente para ~800. Coreia do Sul, EUA e Alemanha permanecem em posições mais baixas, com a Coreia do Sul atingindo cerca de 450 e a Alemanha abaixo de 200.

Figura 2b: Tendências anuais de publicações de patentes comerciais para os principais países/regiões.

Vantagens dos eletrólitos de estado sólido

Os eletrólitos de estado sólido (SSEs) são o componente central das baterias de estado sólido (SSBs), atuando como sólidos condutores de íons que substituem os eletrólitos líquidos tradicionais. Eles permitem o transporte de íons de lítio ou outros íons metálicos entre os eletrodos da bateria, separando-os fisicamente e garantindo tanto a condutividade iônica quanto o isolamento elétrico.  

Uma característica notável dos eletrólitos de estado sólido é sua capacidade de facilitar o transporte de íons por sítios cristalográficos, nos quais íons móveis podem se comportar como fases fluidas dentro de uma matriz sólida. Essa característica estrutural sustenta sua alta mobilidade iônica, essencial para o desempenho eficiente da bateria. Os eletrólitos de estado sólido também oferecem vantagens significativas em relação aos sistemas líquidos, incluindo não inflamabilidade, não volatilidade, resistência mecânica superior e resiliência sob temperaturas extremas. Esses recursos não apenas aumentam a segurança e a estabilidade, mas também suportam o uso de ânodos de metal de lítio, que podem aumentar drasticamente a densidade de energia e a vida útil da bateria.

Eletrólitos de estado sólido podem ser amplamente categorizados em cinco tipos principais com base em sua composição química: óxidos, sulfetos, polímeros, nitretos e haletos. Cada tipo apresenta características estruturais e eletroquímicas distintas que influenciam seu desempenho. Tanto eletrólitos de estado sólido orgânicos quanto inorgânicos têm sido amplamente estudados nos últimos anos, levando a melhorias importantes em condutividade iônica, estabilidade e compatibilidade com eletrodos.

Nossa análise da Coleção de Conteúdo da CAS com ferramentas como CAS SciFinder® ilustra os 20 principais eletrólitos de estado sólido categorizados por tipo (Figura 3a) e ano (Figura 3b). Entre eles, eletrólitos inorgânicos, principalmente óxidos e sulfetos, lideram o cenário editorial devido à sua superior condutividade iônica, segurança aprimorada, longa vida útil em ciclos e excelente estabilidade térmica.  

Figura 3a. O gráfico de barras horizontais compara a quantidade de publicações sobre materiais eletrolíticos de estado sólido por tipo. Os óxidos (LLZO, LATP) lideram com até ~3.800 publicações, seguidos pelos sulfetos (argiroditas, Li-PS) com cerca de 2.800. Os polímeros apresentam classificação inferior, enquanto os nitretos e haletos mostram atividade mínima.

Figura 3a: Os 20 principais eletrólitos de estado sólido categorizados por tipo dentro do volume de publicação. Fonte: Coleção de conteúdo do CAS. Ver nota de rodapé para abreviações.

Figura 3b. O gráfico de linhas mostra as tendências de publicação de materiais de eletrólitos de estado sólido de 2010 a 2024. A LLZO lidera, subindo acima de 600 até 2024, seguida pela Argyrodites, que ultrapassa 700. Outros materiais, como LATP, PAN, Li-P-S e PMMA, apresentam crescimento constante, enquanto NaZPSi e LLTO permanecem mais baixos.

Figura 3b: Os 10 principais eletrólitos de estado sólido categorizados por ano e volume de publicação. Fonte: Coleção de conteúdo do CAS. Ver nota de rodapé para abreviações.

Eletrólitos de estado sólido à base de óxidos

Eletrólitos de estado sólido à base de óxido (SSEs) são amplamente estudados para baterias de estado sólido de próxima geração devido à sua excelente estabilidade química, térmica e eletroquímica. Esses eletrólitos são estáveis ao ar e à umidade, o que os torna mais fáceis de manusear e processar. Eles também podem suportar altas tensões e temperaturas de operação sem decomposição.  

Conforme mostrado na Figura 3, os principais tipos de eletrólitos de óxido de estado sólido incluem óxido de lítio-lantânio-zircônio, tipo granada (LLZO), fosfato de lítio-alumínio-titânio, tipo NASICON (LATP), e óxido de lítio-lantânio-titânio, tipo perovskita (LLTO), todos oferecendo alta condutividade iônica (normalmente 10⁻⁴ a >10⁻³ S/cm) e propriedades mecânicas robustas. O LLZO oferece uma ampla janela de estabilidade eletroquímica e boa compatibilidade com o metal de lítio, enquanto o LATP é não tóxico, econômico e adequado para sistemas híbridos. O LLTO oferece alta condutividade e forte resistência mecânica, embora seu desempenho dependa da microestrutura cerâmica.  

Apesar do potencial, eletrólitos à base de óxido apresentam várias limitações. Sua estrutura frágil e rígida dificulta o processamento e a obtenção de contato íntimo com os eletrodos, muitas vezes levando a alta resistência interfacial e baixa transferência iônica. Essa fragilidade também os torna vulneráveis a trincas sob estresse mecânico ou mudanças de volume durante os ciclos. Além disso, sua condutividade em temperatura ambiente geralmente é menor do que a dos eletrólitos à base de sulfeto.  

A tecnologia LLZO pode sofrer de sensibilidade à umidade e formação de dendritos de lítio, enquanto LATP e LLTO são instáveis em contato direto com o metal de lítio devido à redução de Ti⁴⁺. Esses problemas podem levar a curtos-circuitos, embora possam ser mitigados por meio de engenharia de interface e revestimentos protetores. De modo geral, os eletrólitos à base de óxidos são valorizados por sua excelente estabilidade, segurança e compatibilidade com cátodos de alta tensão, o que os torna fortes candidatos para sistemas de baterias de lítio em estado sólido duráveis e termicamente estáveis.

Eletrólitos de estado sólido à base de sulfeto

Eletrólitos à base de sulfeto estão entre os materiais mais promissores para baterias de estado sólido de próxima geração devido à sua condutividade iônica excepcionalmente alta, que pode chegar a 10⁻² S/cm, comparável ou até superior à de eletrólitos líquidos. Suas estruturas, normalmente contendo ânions à base de enxofre como PS₄³⁻, criam uma rede altamente polarizável e flexível que permite migração rápida de íons de lítio.  

Outra grande vantagem de eletrólitos de sulfeto é sua natureza macia e deformável, que permite formar excelente contato interfacial com cátodos e ânodos sob pressão moderada, algo difícil de alcançar com eletrólitos de óxido frágeis. Eles também podem ser processados em baixas temperaturas, o que viabiliza a fabricação em larga escala.  

Como visto na Figura 3a, entre eletrólitos à base de sulfeto, argiroditos, lítio-fósforo-enxofre (Li-P-S) e sulfeto de germânio-fósforo de lítio (LGPS) são os principais candidatos para baterias de estado sólido. Argiroditos (Li₆PS₅X, X = Cl, Br, I) e sistemas Li–P–S (por exemplo, Li₃PS₄, Li₇P₃S₁₁) oferecem condutividades que variam de 10⁻⁴ a >10⁻³ S/cm, enquanto LGPS (por exemplo, O Li₁₀GeP₂S₁₂), um material tio-LISICON, atinge até 10⁻² S/cm, rivalizando com eletrólitos líquidos.  

Apesar desses benefícios, os eletrólitos à base de sulfeto também enfrentam desafios críticos. São extremamente sensíveis ao ar e à umidade, decompondo-se e liberando gás tóxico de sulfeto de hidrogênio (H₂S), o que complica o manuseio e o processamento. Sua janela de estabilidade eletroquímica é estreita, levando a reações indesejáveis em cátodos de alta tensão e ânodos de metal de lítio, que formam interfases resistivas e degradam o desempenho ao longo do tempo. Ainda assim, com melhorias contínuas por meio de dopagem, revestimentos de superfície e engenharia de compósitos, os eletrólitos de estado sólido à base de sulfetos permanecem na vanguarda da pesquisa para alcançar baterias de lítio em estado sólido de alto desempenho, seguras e com alta densidade de energia.

Eletrólitos de estado sólido à base de polímeros

Os eletrólitos à base de polímeros são utilizados em baterias de estado sólido porque oferecem uma combinação única de flexibilidade, processabilidade e segurança que os eletrólitos inorgânicos frequentemente não possuem. Ao contrário dos eletrólitos de óxido quebradiços, os eletrólitos poliméricos são macios e deformáveis, permitindo que formem um contato íntimo com os eletrodos. Eles também permitem designs de baterias finos, leves e flexíveis, que são ideais para eletrônicos vestíveis e portáteis.  

Entre os eletrólitos de estado sólido à base de polímeros, a poliacrilonitrila (PAN), o hexafluoropropileno-polifluoreto de vinilideno (PVDF-HFP) e o poli(metacrilato de metila) (PMMA) são os principais materiais. No entanto, sua condutividade iônica é geralmente menor do que a dos eletrólitos inorgânicos, especialmente à temperatura ambiente, e eles podem apresentar estabilidade eletroquímica limitada em altas voltagens. Sua excelente flexibilidade, compatibilidade interfacial e escalabilidade ainda tornam os eletrólitos à base de polímeros uma escolha atraente e prática para aplicações de baterias de lítio de estado sólido e flexíveis.

Eletrólitos de estado sólido à base de nitreto e haleto

Eletrólitos à base de nitreto e haleto são classes emergentes de materiais exploradas para LIBs totalmente de estado sólido de alto desempenho devido à sua alta condutividade iônica e estabilidade eletroquímica favorável. Como visto na Figura 3b, nitreto de lítio (Li₃N) e LiXO (X = Cl, Br, I) são os únicos nitretos e haletos, respectivamente, entre os 20 principais eletrólitos de estado sólido com base nas tendências de publicação.  

O Li₃N oferece transporte de íons de lítio excepcionalmente rápido, com condutividades de até 10⁻³ S/cm em temperatura ambiente, devido às suas estruturas cristalinas abertas que fornecem caminhos contínuos para migração de Li⁺. Eles também são termicamente estáveis e compatíveis com ânodos de metal de lítio. LiXO geralmente é combinado com outros eletrólitos sólidos ou polímeros para melhorar o contato interfacial e a flexibilidade mecânica.  

Esses materiais também apresentam desvantagens notáveis. Eletrólitos de estado sólido à base de nitreto e haleto são altamente reativos com umidade e ar, produzindo subprodutos tóxicos e corrosivos, como amônia e HCl, o que complica o manuseio e o processamento. Apesar dessas limitações, eletrólitos de nitreto e haleto continuam sendo caminhos promissores para desenvolver baterias de lítio de estado sólido com alta densidade de energia e termicamente robustas, especialmente quando incorporados a sistemas de eletrólitos compósitos.

Argiroditas emergem como a principal tecnologia de eletrólitos de estado sólido.

Analisamos ainda as tendências de publicação dos 10 principais materiais de eletrólitos de estado sólido, e isso revelou uma mudança fascinante no foco da pesquisa apenas nos últimos anos (ver Figura 3b). Os eletrólitos do tipo granada LLZO dominaram o campo até recentemente, atraindo atenção sustentada da comunidade de pesquisa devido à sua excelente estabilidade frente ao lítio metálico e à ampla janela eletroquímica. No entanto, uma transformação dramática ocorreu em 2021, com os argiroditos à base de sulfetos experimentando um aumento explosivo no interesse de pesquisa, o que os impulsionou a ultrapassar o LLZO e se tornarem o sistema de eletrólito sólido mais estudado em 2024.

Essa notável ascensão de argiroditas reflete várias vantagens fundamentais que se tornaram aparentes para os pesquisadores. Embora o LLZO exija temperaturas de sinterização extremamente altas e tenha problemas de contato interfacial devido à sua natureza cerâmica, as argiroditas oferecem ductilidade mecânica que permite o contato íntimo com materiais de eletrodos por meio de simples prensagem a frio. A estrutura de sulfeto fornece condutividades iônicas que excedem significativamente as dos sistemas à base de óxido em temperatura ambiente, abordando um dos gargalos críticos para a comercialização de baterias de estado sólido.  

Além disso, a compatibilidade de processamento de argyrodites com a infraestrutura existente de fabricação de baterias as tornou atraentes para uso em escala industrial; elas podem ser processadas em temperaturas moderadas e até por métodos baseados em solução. Enquanto isso, outros sistemas de eletrólito sólido, como LATP e eletrólitos à base de polímero, continuam atraindo atenção de pesquisa constante, porém mais modesta, sugerindo que, embora esses materiais permaneçam relevantes, o campo identificou argirodites como oferecendo o caminho de curto prazo mais promissor para baterias de estado sólido práticas.

Principais combinações de materiais de estado sólido

Nossa análise do cenário de publicações também explorou diferentes tipos de baterias de estado sólido (SSBs) e os principais eletrólitos de estado sólido (SSEs) associados a elas (consulte a Figura 4). As LIBs dominam o cenário com o maior volume de documentos, representando aproximadamente 80% de toda a atividade de pesquisa sobre baterias de estado sólido. A divisão quase igual entre publicações em periódicos e famílias de patentes indica um campo maduro que está migrando de pesquisa fundamental para comercialização.  

Figura 4: Distribuição da pesquisa sobre baterias de estado sólido em diferentes químicas e eletrólitos de estado sólido associados.

Figura 4: Distribuição da pesquisa sobre baterias de estado sólido em diferentes químicas e eletrólitos de estado sólido associados. Os gráficos de pizza individuais indicam a proporção de publicações em periódicos (J) e patentes (P) para as respectivas baterias. As tabelas de mapa de calor mostram os eletrólitos de estado sólido mais prevalentes associados às suas respectivas baterias de estado sólido. Fonte: Coleção de Conteúdo da CAS. Ver as notas de rodapé para abreviações.

Os principais eletrólitos de estado sólido para sistemas de lítio mostram uma diversidade interessante. Os eletrólitos à base de óxidos LLZO e LATP recebem maior atenção, seguidos por eletrólitos poliméricos como PAN, argiroditos à base de sulfeto e sistemas Li-PS. Essa variedade sugere que o campo ainda não convergiu para uma única tecnologia vencedora, com diferentes eletrólitos de estado sólido sendo explorados para diferentes requisitos de aplicação.

As baterias de estado sólido de íon-sódio ocupam o segundo lugar em volume de documentação, embora ainda estejam significativamente atrás dos sistemas de lítio. A razão entre patentes e periódicos favorece levemente as publicações em periódicos, o que indica que esse campo continua sendo mais orientado à pesquisa do que ao mercado. As preferências eletrolíticas para sistemas de sódio apresentam diferenças notáveis em relação ao lítio: NaZPSi (condutor superiônico de sódio) lidera o conjunto, enquanto eletrólitos poliméricos (PAN, PMMA) têm destaque. Alguns eletrólitos com foco em lítio, como LATP e LLZO, também estão presentes, sugerindo que os pesquisadores estão explorando a compatibilidade cruzada entre sistemas.  

As baterias de íon-zinco representam o terceiro segmento significativo, apresentando uma proporção muito maior de publicações em periódicos científicos em comparação com as patentes. Essa distribuição concentrada em periódicos sugere que as baterias de estado sólido à base de zinco ainda estão na fase de pesquisa fundamental, com pesquisadores trabalhando para compreender e otimizar esses sistemas antes do desenvolvimento comercial. O cenário de eletrólitos de estado sólido para baterias de zinco é dominado por eletrólitos poliméricos (PAN, PEO, PMMA), o que faz sentido dado a compatibilidade do zinco com sistemas aquosos e quase-sólidos.  

Químicas de bateria emergentes, como magnésio e potássio, mostram atividade equilibrada de pesquisa e patentes apesar de números gerais menores, indicando desenvolvimento em estágio inicial, porém promissor. Esses sistemas podem representar alternativas futuras à medida que pesquisadores buscam diversificar além do lítio, especialmente para aplicações específicas em que suas propriedades únicas oferecem vantagens.  

As intensidades do mapa de calor entre diferentes eletrólitos, mostradas na Figura 4, revelam que, enquanto certos eletrólitos mostram versatilidade em vários tipos de bateria, outros permanecem específicos de determinada química. Isso destaca a importância de desenvolver eletrólitos de estado sólido sob medida para os requisitos exclusivos de cada sistema de bateria.

As tendências de patentes mostram aplicações promissoras para baterias de estado sólido.

Nossa análise dos volumes de publicações entre setores de aplicação para baterias de estado sólido (SSBs) revela padrões distintos de foco de pesquisa e maturidade de comercialização (consulte a Figura 5).  

Figura 5: Número de publicações em periódicos e patentes para aplicações de baterias de estado sólido. Fonte: Coleção de conteúdo do CAS.

Figura 5: Número de publicações em periódicos e patentes para aplicações de baterias de estado sólido. Fonte: CAS Content Collection.

Os setores de eletrônica e veículos dominam claramente a área, representando aproximadamente 75% de toda a pesquisa aplicada. No entanto, suas trajetórias de desenvolvimento diferem significativamente. A eletrônica apresenta uma lacuna notável entre publicações em periódicos e patentes, sugerindo desafios contínuos de pesquisa fundamental na adaptação dessas baterias para a eletrônica de consumo. Isso pode estar relacionado à miniaturização, ao custo ou à complexidade de fabricação. Em contrapartida, o setor automotivo apresenta uma notável paridade entre publicações e patentes. Esses achados indicam um campo maduro em transição do laboratório para o mercado, impulsionado pelo crescimento dos veículos elétricos (EVs) e pela necessidade urgente de baterias mais seguras e com maior densidade de energia.

Os setores de aplicação emergentes mostram potencial, mas permanecem predominantemente focados em pesquisa. Aplicações biomédicas demonstram interesse acadêmico substancial com atividade limitada de patentes, sugerindo que pesquisadores ainda estão explorando viabilidade fundamental em vez de buscar comercialização. Isso pode refletir requisitos regulatórios rigorosos e desafios de biocompatibilidade exclusivos de dispositivos médicos.  

Os dispositivos vestíveis apresentam uma lacuna ainda mais acentuada entre a pesquisa e a patente, indicando que, embora o conceito de baterias de estado sólido flexíveis e seguras para tecnologia vestível seja academicamente interessante, ainda existem obstáculos técnicos significativos a serem superados antes da viabilidade comercial.  

O setor aeroespacial apresenta uma distribuição quase igual de artigos em periódicos e patentes. Essa proporção equilibrada, apesar de um volume geral menor de documentos, espelha o padrão observado no setor de veículos. Isso sugere engajamento comercial ativo, impulsionado por várias vantagens técnicas relevantes das baterias de estado sólido em aplicações aeroespaciais, como não inflamabilidade e melhor desempenho em grandes altitudes.  

Desafios e oportunidades das baterias de estado sólido

Embora as baterias de estado sólido (SSBs) sejam muito promissoras, vários desafios impedem que elas sejam comercializadas em larga escala. Uma grande limitação técnica é a condutividade iônica relativamente baixa de muitos eletrólitos sólidos em temperatura ambiente, em comparação com os líquidos. Os eletrólitos à base de óxido, como o LLZO, exigem altas temperaturas de sinterização para obter microestruturas densas, o que torna o processamento complexo e caro. Os eletrólitos de sulfeto oferecem alta condutividade, mas são sensíveis ao ar e à umidade, necessitando de condições inertes.

Outro desafio é a instabilidade nas interfaces eletrodo-eletrólito. Diferentemente de eletrólitos líquidos, o contato sólido-sólido muitas vezes resulta em contato interfacial ruim e alta resistência. As reações químicas nessas interfaces podem formar camadas resistivas, especialmente com metal de lítio, piorando ao longo dos ciclos e degradando o desempenho. A rigidez mecânica de eletrólitos sólidos contribui ainda mais para estresse, lacunas e delaminação durante mudanças de volume, aumentando a impedância e a queda de desempenho.

A formação de dendrites de lítio continua sendo uma preocupação, pois os filamentos de lítio podem se propagar através de defeitos microestruturais em eletrólitos de estado sólido sob altas densidades de corrente, causando curtos-circuitos. Além disso, a produção em larga escala é dispendiosa, o processamento desses materiais requer altas temperaturas, alta pressão, engenharia de precisão e condições secas (especialmente para sulfetos). Esses desafios relacionados a materiais e integração, juntamente com problemas de reciclagem e cadeias de suprimentos ainda em desenvolvimento, dificultam a transição de protótipos em escala laboratorial para baterias de estado sólido em escala industrial.

Apesar desses obstáculos, as baterias de estado sólido estão evoluindo rumo a um futuro onde o design de materiais, a engenharia de interface e o processamento escalável convergem para oferecer armazenamento de energia mais seguro, denso e duradouro. A próxima geração dessas baterias contará com eletrólitos híbridos e compostos que combinam a alta condutividade das cerâmicas com a flexibilidade dos polímeros, garantindo interfaces estáveis e integridade mecânica durante o ciclo. Os avanços na fabricação em baixa temperatura, como a sinterização a frio e o processamento assistido por líquido transiente, tornarão a fabricação mais eficiente e compatível com a produção em larga escala.  

Protótipos recentes refletem esse ímpeto: Chery revelou um módulo de bateria de estado sólido com uma densidade de energia de 600 Wh/kg visando um alcance de 1.300 km, mais do que o dobro das baterias convencionais de íons de lítio. Da mesma forma, a Sunwoda apresentou uma bateria de polímero totalmente em estado sólido com 400 Wh/kg e uma vida útil de 1.200 ciclos sob pressão ultrabaixa. Isso poderia proporcionar aos veículos elétricos uma autonomia superior a 1.000 km e 1.200 ciclos, permitindo mais de uma década de utilização, considerando uma condução anual de 20.000 km.  

Entretanto, abordagens baseadas em dados e a descoberta de materiais assistida por IA irão acelerar a otimização e o controle de qualidade nessa área. Além do lítio, conceitos de estado sólido se estendem a outros íons metálicos, como sistemas de sódio, zinco, magnésio e potássio, ampliando a sustentabilidade e a acessibilidade de recursos. Esses avanços contínuos e abordagens híbridas estão reduzindo de forma constante a diferença de desempenho entre a tecnologia de baterias tradicional e novas opções de estado sólido.  

Embora a implementação em escala total ainda possa estar a anos de distância, a convergência de avanços científicos e industriais indica que as baterias de estado sólido estão no caminho certo para transformar o armazenamento de energia em vários setores na próxima década.

Abreviações utilizadas: LLZO, óxido de lítio, lantânio e zircônio; LATP, fosfato de lítio, alumínio e titânio; LLTO, óxido de lítio, lantânio e titânio; LiPON, oxinitreto de fósforo e lítio; LAGP, fosfato de lítio, alumínio e germânio; NaZPSi, silicato de fosfato de zircônio e sódio;  GLiZnO, óxido de germânio, lítio e zinco; Li-P-S, lítio-fósforo-enxofre;  LGPS, sulfeto de fósforo e germânio de lítio; LSnPS, sulfeto de fósforo e estanho de lítio; Na-P-S, sódio-fósforo-enxofre; PAN, poliacrilonitrila;  PVDF-HFP, hexafluoropropileno-poli(fluoreto de vinilideno); PMMA, polimetilmetacrilato; PEO, óxido de polietileno; PC, policarbonato; PDMS, polidimetilsiloxano.

Assine o CAS Insights

Related CAS Insights

Emerging Science

16 billion reasons for hope: How biomarkers are reshaping cancer outcomes

Emerging Science

Advancing progress in the fight against fentanyl

Emerging Science

Aging reimagined: Exploring the potential of anti-aging treatment strategies

Gain new perspectives for faster progress directly to your inbox.