Descoberta pode aumentar duração e segurança de baterias

Um grupo de pesquisadores realizou um estudo para saber por que as baterias de lítio metálico, que deveriam armazenar mais energia, falham muito mais rapidamente do que as de íons de lítio padrão durante a carga e descarga. Os resultados foram publicados na revista iScience.

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Congelando uma bateria

As baterias de lítio que usam ânodos metálicos podem tornar as futuras baterias menores e mais leves, mas essas produtos têm preocupações limitadas de recarga e segurança.
Uma teoria era que o lítio formava picos resistentes (dendritos) que furavam o separador.
Esses dendritos converteriam eletricidade em calor e causariam um incêndio.
Para desvendar o mistério, os cientistas congelaram uma bateria inteira, abriram ela com um laser e tiraram fotos dos componentes interagindo na escala microscópica.
Eles descobriram que o lítio reagiu com o eletrólito líquido para formar massas sólidas que trituraram o separador de dentro para fora.
Este resultado ajudará os engenheiros a produzir baterias melhores.
As informações são da Tech Xplore.

Bateria de lítio (Imagem: Bobkov Evgeniy/Shutterstock)

O que causa as falhas?

Uma pilha de bateria de lítio inclui dois eletrodos, um separador e um cátodo. Esses componentes são todos embebidos em um eletrólito líquido. Durante a carga/descarga, o lítio se move para frente e para trás entre os eletrodos. Os produtos de metal de lítio permitem armazenamento de energia equivalente em baterias menores e mais leves do que a tecnologia atual para eletrônicos portáteis e veículos elétricos, mas representam desafios de vida útil e segurança.

À medida que a bateria de metal de lítio carrega e descarrega, o metal de lítio móvel interage fortemente com a maioria dos eletrólitos líquidos, formando massas sólidas irregulares de produtos químicos. Anteriormente, os cientistas estavam cientes dessa formação, mas não conseguiam ver os componentes sólidos e líquidos sem danificá-los.

Ao congelar toda a bateria, cortá-la com um laser (que corta tão rapidamente que não derrete a bateria) e olhar para ela congelada com um microscópio eletrônico, uma equipe de pesquisa finalmente observou o que causava as falhas.

Eles observaram o bloqueio total do lítio (levando a uma vida útil curta) ou o bloqueio de um rastro de lítio no lugar entre os dois eletrodos (causando um perigo de incêndios). Eles também identificaram que o processo destrói o separador de dentro para fora. Esse entendimento é um passo para fazer produtos melhores e mais seguras.

A ideia de congelar e olhar para dentro de outros sistemas complexos também será útil em muitas outras áreas, da biomedicina à corrosão do aço.