Avanços contínuos no campo de novos materiais, beneficiando várias indústrias-chave

A eficiência de conversão fotoelétrica de células solares de energia solar ultrapassou 15%, as baterias de lítio podem descarregar de forma eficiente a temperaturas abaixo de -50°C, e foi verificada a funcionalidade de armazenamento de memória do material “estrela” semicondutor óxido de gálio… Recentemente, nosso país tem obtido resultados frequentes na área de novos materiais, com várias inovações tecnológicas em materiais-chave. Esses novos materiais são amplamente utilizados em energias renováveis, medicina, aviação e espaço, manufatura de alta precisão e outros setores importantes, tendo grande impacto na promoção da atualização industrial, na garantia da segurança da cadeia de suprimentos e demonstrando a força de inovação autônoma do nosso país na área de novos materiais.

Especialistas do setor acreditam que as recentes inovações tecnológicas em novos materiais, que surgem de forma concentrada, abordam precisamente problemas de longa data que restringem o desenvolvimento industrial.

No campo da energia solar fotovoltaica, a equipe de pesquisa do Instituto de Energia de Qingdao, da Academia Chinesa de Ciências, superou o gargalo da “migração incontrolável” de íons metálicos em células solares de cobre, zinco, estanho, sulfeto e selênio, guiando a ordenação dos íons por meio de uma nova interface de fase, o que permitiu que a eficiência de conversão fotoelétrica ultrapassasse 15%.

No setor de semicondutores, a Universidade de Pequim de Telecomunicações, em colaboração com várias instituições, validou experimentalmente a ferroelectricidade intrínseca do óxido de gálio, um semicondutor de banda larga, em temperatura ambiente, resolvendo o desafio científico de conferir ao óxido de gálio a capacidade de armazenamento de memória (ou seja, ferroelectricidade), abrindo novos caminhos para futuras tecnologias semicondutoras.

No campo de armazenamento de energia renovável, a Universidade de Nankai, em parceria com o Instituto de Fontes de Energia Espacial de Xangai, rompeu as limitações cinéticas do eletrólito de baterias de lítio tradicionais, projetando e sintetizando um novo sistema de eletrólito com solvente de fluoreto de hidrocarboneto, e conseguiu desenvolver uma bateria de lítio metálico com densidade de energia de até 700 Wh/kg em condições de temperatura ambiente. Mesmo em ambientes extremamente frios, a -50°C, ela ainda consegue liberar quase 400 Wh/kg de energia.

Além disso, nosso país também continua a fazer avanços no campo de materiais orgânicos fotovoltaicos flexíveis. O professor Ye Long, da Faculdade de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Tianjin, explicou que os materiais orgânicos fotovoltaicos flexíveis são leves, finos, macios e podem ser produzidos de forma de baixo custo por meio de processos semelhantes à “impressão”. “Nos últimos anos, nossas equipes de pesquisa fizeram avanços na resolução do dilema de equilibrar desempenho fotovoltaico e resistência à tração: mantendo uma alta saída de energia, os materiais tornam-se mais resistentes à tração, e os dispositivos podem suportar estiramentos repetidos sem perder estabilidade.”

Do ponto de vista de valor de aplicação, esses novos materiais e tecnologias relacionadas são amplamente utilizados em setores estratégicos nacionais como energias renováveis, aviação, manufatura de alta precisão e outros: o material de sulfeto de zinco, estanho, cobre e selênio possui abundância de elementos, baixo custo, alta estabilidade e é não tóxico, tornando-se uma nova geração de materiais bastante valorizada na área de energia solar; baterias de lítio de alta densidade energética e resistência a baixas temperaturas expandem os limites de aplicação do armazenamento de energia renovável, apoiando regiões extremamente frias, aviação e outros cenários especiais; o avanço no óxido de gálio como semicondutor fornece uma nova base de materiais e ideias de design para a construção de dispositivos de alta potência e em ambientes extremos; os materiais orgânicos fotovoltaicos flexíveis são essenciais para dispositivos vestíveis, pele eletrônica, sensores flexíveis e fontes de energia portáteis.

“Os avanços contínuos em materiais orgânicos fotovoltaicos flexíveis impulsionarão, no futuro, a transição de eletrônicos flexíveis do laboratório para aplicações em larga escala, apoiando a atualização de setores emergentes como monitoramento de saúde, terminais inteligentes e novas energias,” afirmou Ye Long. Ele acredita que esses avanços ajudarão a preencher lacunas em materiais críticos, aumentar a resiliência e o controle autônomo da cadeia de suprimentos industrial, e fornecer suporte importante para o desenvolvimento de indústrias estratégicas emergentes.

O acadêmico da Academia Chinesa de Ciências e vice-presidente executivo da Universidade de Nankai, Chen Jun, também afirmou que as baterias de alta densidade de energia baseadas em novos eletrólitos têm potencial de aplicação em veículos de nova energia, robôs inteligentes, economia de baixa altitude, regiões extremamente frias e aviação.

Especialistas do setor apontam que os novos materiais são a base das indústrias estratégicas emergentes e o suporte central para a atualização industrial. As recentes inovações no campo de novos materiais demonstram a vitalidade inovadora e a resiliência de desenvolvimento dessa indústria. No futuro, com o aumento contínuo do investimento em pesquisa e desenvolvimento e a melhoria do sistema de inovação, novas descobertas continuarão a surgir, liderando a atualização industrial por meio da inovação, e fornecendo uma base mais sólida de materiais para o desenvolvimento econômico e social de alta qualidade do nosso país.