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Nova técnica torna possível baterias de estado sólido mais leves e seguras

Por| Editado por Douglas Ciriaco | 24 de Novembro de 2022 às 18h00

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Reprodução/MIT
Reprodução/MIT

Pesquisadores do MIT e da Universidade Brown, ambos nos Estados Unidos, desenvolveram uma nova técnica de fabricação que pode ser usada no desenvolvimento de baterias de íons de lítio recarregáveis, mais leves, compactas e seguras que as produzidas atualmente.

Segundo os cientistas, o segredo desse novo método está na substituição do eletrólito líquido que fica entre os eletrodos positivo e negativo, por uma camada muito mais fina e leve de material cerâmico sólido, além da troca desses eletrodos por um metal de lítio sólido.

“Essa abordagem consegue reduzir drasticamente o tamanho e o peso total das baterias de íons de lítio, eliminando o risco de segurança associado ao uso de eletrólitos líquidos, que são muito inflamáveis e instáveis”, explica o professor de engenharia química Yet-Ming Chiang, autor principal do estudo.

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E os dendritos?

Os dendritos são estruturas parecidas com agulhas que se formam sobre o ânodo metálico de lítio. Essas projeções de metal conseguem perfurar a membrana que separa o ânodo do cátodo, podendo provocar danos irreversíveis e até mesmo incendiar a bateria.

Embora alguns pesquisadores pensassem que os dendritos eram formados por um processo puramente eletroquímico, e não mecânico, os experimentos da equipe do professor Chiang demonstram que são as tensões mecânicas que causam o problema. Para resolver isso, eles criaram um eletrólito transparente, permitindo a observação mais detalhada da movimentação dos íons.

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“Ao observar o comportamento dos dendritos, nós percebemos que era possível manipular diretamente o crescimento deles simplesmente aplicando e liberando pressão, fazendo com que esses dendritos ziguezagueassem em perfeito alinhamento com a direção da força”, acrescenta Chiang.

Tensões mecânicas

Essas aplicações de tensões mecânicas sobre o eletrólito sólido não eliminam completamente a formação dos dendritos, mas controlam a direção do seu crescimento, fazendo com que eles permaneçam paralelos aos dois eletrodos e não cruzem de um lado para o outro, podendo causar curto-circuitos.

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Durante os testes realizados em laboratório, os cientistas utilizaram vários métodos de pressão induzida para provocar essas tensões mecânicas. Eles descobriram que o eletrólito pode ser feito com duas camadas de material com diferentes quantidades de expansão térmica, ou dopado com átomos capazes de distorcê-lo e deixá-lo em um estado de estresse permanente.

“Com essa técnica, podemos forçar os dendritos a viajarem na direção da compressão, impedindo que eles cheguem ao outro lado. Isso poderia possibilitar a fabricação de baterias de estado sólido que, não apenas acumulariam mais energia em um determinado volume e peso, mas também eliminariam a necessidade de eletrólitos líquidos inflamáveis”, encarra o professor Yet-Ming Chiang.