Realinhamento atômico aprimora desempenho de baterias de estado sólido

Realinhamento atômico aprimora desempenho de baterias de estado sólido

Por Gustavo Minari | Editado por Douglas Ciriaco | 23 de Maio de 2021 às 12h00
twenty20photos/Envato

Em um estudo realizado na Universidade de Illinois, nos EUA, os pesquisadores descobriram que o controle sobre o alinhamento atômico dos materiais pode melhorar o desempenho das baterias de estado sólido. Eles colocaram eletrólitos sólidos em contato com eletrodos organizados de acordo com o arranjo dos átomos.

Com isso, foi possível observar que a estabilidade de um eletrólito é capaz de controlar a quantidade de ciclos de carga e descarga que uma bateria pode suportar antes de começar a perder desempenho. Em baterias convencionais feitas com íons de lítio, esse fenômeno geralmente acontece após 500 ou 600 ciclos.

“Na maioria das baterias, não são apenas os materiais que são importantes, mas também a forma como os átomos nas suas superfícies são organizados. Atualmente, os eletrodos de bateria de estado sólido contêm materiais com uma grande diversidade de arranjos de átomos de superfície e isso leva a um número infinito de possibilidades de interface de contato eletrodo-eletrólito, com diferentes níveis de reatividade química”, explica o professor Beniamin Zahiri.

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Bateria de estado sólido com arranjo atômico (Imagem: Reprodução/University of Illinois)

Estado sólido

Recentes descobertas revelam que as baterias de estado sólido conseguem armazenar uma grande quantidade de energia em espaços reduzidos. Porém, seus eletrodos não são capazes de manter um contato eficiente com os eletrólitos.

Já os eletrólitos líquidos alcançam quase todo o eletrodo para gerar energia, mas pecam ao ocupar esse espaço com um poder reduzido de armazenamento, apresentando falhas constantes com o passar do tempo.

Orientação atômica na superfície da interface (Imagem: Reprodução/University of Illinois)

As baterias no estado sólido são vistas como as células de energia do futuro, por causa de suas propriedades que permitem aumentar a densidade de corrente em até 10 vezes, quando comparadas com baterias de íons de lítio. A grande inovação dessas baterias está no aprimoramento da estabilidade por meio de intercamadas, que permitem uma maior passagem de corrente.

"Na pressa para encontrar materiais eletrolíticos sólidos estáveis, os desenvolvedores perderam de vista a importância do que está acontecendo na interface entre o eletrólito e o eletrodo. Mas a estabilidade do eletrólito não faz diferença se a conexão entre ele e os eletrodos não puder ser feita de forma eficiente", completa o professor Zahiri.

No laboratório

Nos primeiros testes, os pesquisadores construíram eletrodos contendo íons de sódio e lítio com arranjos atômicos variados. Com isso, foi possível perceber que havia uma correlação entre o desempenho da bateria de estado sólido e o arranjo atômico de toda a interface.

Aumento da performance da bateria com alinhamento atômico (Imagem: Reprodução/University of Illinois)

Eles também perceberam que, ao diminuir a área de superfície da interface para ter um maior controle do alinhamento atômico dos eletrodos, é possível melhorar o desempenho das baterias de estado sólido, criando células de energia mais eficientes e estáveis.

"Este é um novo paradigma de como é importante avaliar todos os eletrólitos sólidos disponíveis hoje. Antes disso, estávamos basicamente tentando adivinhar quais estruturas de interface eletrodo-eletrólito sólido tinham o melhor desempenho, mas agora podemos testar isso e encontrar a melhor combinação de materiais e orientações atômicas", completa o professor John Cook.

Fonte: University of Illinois

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