Ondas térmicas ajudam a identificar o estado de baterias de lítio

Cientistas do Berkeley Lab, nos EUA, desenvolveram um método rápido e barato para medir o desempenho de baterias de íons de lítio em tempo real. Eles utilizaram ondas térmicas para determinar a concentração de lítio conforme a profundidade dentro dos eletrodos das células de energia.

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A nova técnica funciona durante o processo de reação química, permitindo que as ondas térmicas forneçam informações precisas sobre a presença de lítio enquanto avançam para o interior da bateria. Os resultados são comparáveis a estudos experimentais usando sistemas mais caros e demorados de difração de raios X síncrotron.

“Com nossa abordagem, é possível pegar uma bateria e colocar o sensor sobre a célula de energia. O dispositivo envia um sinal e, dependendo da sua frequência, conseguimos alterar a profundidade da penetração da onda. Esse processo é muito mais barato e fornece uma maneira rápida de medir as características da bateria”, explica o professor de engenharia mecânica Ravi Prasher, autor principal do estudo.

Medindo o desempenho

A necessidade crescente de soluções mais eficientes para armazenamento de energia, principalmente em veículos elétricos, aumentou a procura por sistemas mais precisos, capazes de medir o desempenho das baterias em tempo real durante ciclos contínuos de carga e descarga.

Conforme a corrente de carga aumenta, grandes concentrações de lítio se desenvolvem nos eletrodos e podem levar à degradação precoce das baterias. Ao usar ondas térmicas para determinar as reações que ocorrem dentro das células, os pesquisadores criaram um sistema capaz de prevenir a deterioração a longo prazo.

“Ao testar materiais para melhorar a velocidade de carregamento, percebemos que diferentes partes dos eletrodos têm estados de carga variáveis. A média espacial das informações químicas fornecidas pelas ferramentas de diagnóstico atuais são insuficientes para compreender a degradação das baterias de íons de lítio”, acrescenta Prasher.

Ondas térmicas

O esquema baseado em ondas térmicas é usado para medir as distribuições da concentração de lítio em função da profundidade e da espessura dos eletrodos da bateria. Os cientistas usaram ânodos de grafite para testar a eficácia do sistema de sondagem, ligando o acúmulo de lítio à condutividade térmica.

A descoberta revela que o estado de litiação dentro da bateria pode ser calculado a partir das propriedades físicas das ondas de calor, medindo apenas a condutividade térmica no eletrodo. Um sensor de superfície no topo da bateria é aquecido para determinar as oscilações de temperatura conforme a variação de profundidade.

“A metodologia desenvolvida aqui pode ser potencialmente aplicada para investigar as distribuições de lítio e o seu revestimento durante situações de carregamento extremamente rápido. Essa técnica potencializa a detecção de ondas térmicas para monitorar o desempenho de baterias, possibilitando a fabricação de sistemas simples de diagnóstico em células de energia mais eficientes”, encerra o professor Ravi Prasher.

Fonte: Berkeley Lab