Todas as vezes que você carrega suas baterias de íon de lítio,
a capacidade de armazenamento delas cai um pouco. É por isso que nossos
gadgets não aguentam tanto tempo vivos como aguentavam há um ano. Mas
graças a uma pesquisa do Departamento de Energia dos EUA, nós finalmente
descobrimos por que exatamente isso acontece e, o mais importante, como
impedir que isso aconteça.
Conforme a bateria
de íon delítio descarrega, o íon de lítio (Li+) carrega uma carga
elétrica do ânodo para o cátodo através de um eletrólito não-aquoso. É
isso o que alimenta seu smartphone. Não é um sistema perfeitamente
repetitivo, no entanto, e cada vez que os íons de lítio se movem através
da bateria, eles causam algumas mudanças nas estruturas físicas dos
eletrodos. É isso o que acaba com a capacidade da bateria.
Dois estudos recentes publicados pelo diário Nature Communications
por uma equipe de cientistas dos laboratórios do Departamento de Energia
dos EUA – incluindo Lawrence Berkeley, Brookhaven, SLAC e o National
Renewable Energy Laboratory – observaram intensamente o processo e
fizeram algumas descobertas surpreendentes.
“Descobrimos padrões de evolução e degradação surpreendentes e nunca
vistos antes em dois materiais-chave das baterias”, explicou Huolin Xin,
cientista de materiais e co-autor dos estudos, em um comunicado. “Ao
contrário da observação em grande escala, as reações do íon de lítio na
verdade corroem os materiais de maneira não uniforme, apoderando-se de
vulnerabilidades intrínsecas na estrutura atômica da mesma forma que a
ferrugem se arrasta de forma desigual em todo o aço. “Como os íons Li+
se movem através do ânodo de níquel-óxido quando estão se descarregando,
isso causa rupturas no material, diminuindo sua capacidade.”
“Considere a forma como flocos de neve só se formam ao redor de
pequenas partículas de poeira no ar”, Xin explica. “Sem uma
irregularidade para se apropriar, os cristais não conseguem tomar forma.
Nosso óxido de níquel só se transforma em níquel metálico através de
heterogeneidades em nanoescala ou defeitos na estrutura de superfície,
mais ou menos como fendas na armadura do ânodo.”
Por outro lado, conforme os íons de lítio se movem ao redor do cátodo
quando carregados, eles geram uma espécie de sal-gema que forma uma
crosta isolante elétrica, reduzindo também a sua capacidade.
“Conforme o lítio corre através das camadas de reação, eles causam
aglomeração de cristalização – uma espécie de matriz de sal-gema se
acumula ao longo do tempo e começa a limitar o desempenho”, disse Xin.
“Descobrimos que essas estruturas tendem a se formar ao redor dos canais
de reação do íon de lítio, e visualizamos isso diretamente sob o TEM
[microscópio de transmissão de elétron]. O efeito foi ainda mais
pronunciado em altas voltagens, explicando a deterioração mais rápida.”
Então agora que sabemos que essas baterias estão lentamente quebrando
durante suas vidas operacionais, pesquisadores devem conseguir nivelar
os dados para projetar novas baterias mais robustas.
“Pode ser possível usar deposição atômica para revestir os cátodos
NMC com elementos que resistam à cristalização, criando limites em
nanoescala dentro dos pós microscópicos necessários na indústria de
ponta”, explicou Xin. “Na verdade, os especialistas em bateria do
Berkley Lab já estão trabalhando nisso.”
Obviamente ainda demoraremos alguns anos antes de ver essa tecnologia
revolucionária chegar ao mercado de consumo, e, quando chegar,
estaremos um passo mais próximos de cortar nosso laços com fios de
energia de vez.
Fonte:[Brookhaven via R&D Mag]
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