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

A eficiência de conversão fotovoltaica 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, o 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 da nossa inovação autônoma 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 sulfeto de cobre, zinco, estanho, selênio e enxofre, guiando a ordenação dos íons por meio de uma nova interface, o que permitiu que a eficiência de conversão fotovoltaica 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 eletrolito de lítio convencional, 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 continua a fazer avanços no campo de materiais fotovoltaicos orgânicos flexíveis. O professor Ye Long, da Faculdade de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Tianjin, explicou que os materiais fotovoltaicos orgânicos flexíveis são leves, finos, macios e podem ser produzidos de forma de impressão de baixo custo. “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 aplicação, esses novos materiais e tecnologias relacionadas são amplamente utilizados em setores estratégicos nacionais, como energias renováveis, aviação, manufatura de alta precisão: materiais de sulfeto de cobre, zinco, estanho, selênio, com abundância de elementos, baixo custo, alta estabilidade e não tóxicos, já se tornaram uma nova geração de materiais em destaque 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 espaço; 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 fotovoltaicos orgânicos flexíveis são essenciais para dispositivos vestíveis, pele eletrônica, sensores flexíveis e fontes de energia portáteis.

“Os avanços contínuos em materiais fotovoltaicos orgânicos flexíveis impulsionarão a transição de eletrônicos flexíveis do laboratório para aplicações em 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, fortalecer a resiliência e o controle autônomo da cadeia de suprimentos industrial, e fornecerão 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 energética baseadas em novos eletrólitos têm potencial de aplicação em veículos elétricos, 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 núcleo da atualização industrial. As recentes inovações no campo de novos materiais demonstram a vitalidade inovadora e a resiliência do 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.