Cientistas do Instituto de Tecnologia da Geórgia, nos Estados Unidos, usaram imagens de raios X para observar rachaduras em uma bateria de lítio, uma descoberta que, segundo eles, altera o entendimento do desempenho de baterias de estado sólido e pode levar a sistemas mais duráveis.
Montagem da bateria no laboratório da Georgia Tech. Imagem: Rob Felt
O potencial das baterias de estado sólido para fornecer uma alternativa mais segura e menor às tecnologias atuais de íons de lítio é bem conhecido e grupos de pesquisa em todo o mundo estão trabalhando para superar os problemas que impedem a tecnologia de adoção comercial.
Uma descoberta feita por cientistas do Instituto de Tecnologia da Geórgia poderia ajudar a mover essa pesquisa na direção certa. A equipe construiu uma bateria de estado sólido com uma camada cerâmica sólida como eletrólito entre duas camadas de lítio. Eles então usaram a tomografia computadorizada de raios X - uma técnica similar à tomografia computadorizada usada na medicina - para observar seu comportamento e degradação durante a carga e descarga.
"Descobrir como fazer essas peças sólidas se encaixam e se comportam bem durante longos períodos de tempo é o desafio", disse Matthew McDowell, professor assistente na Escola de Engenharia Mecânica George W. Woodruff e na Escola de Ciência e Engenharia de Materiais. "Estamos trabalhando em como projetar essas interfaces entre essas peças sólidas para que elas durem o maior tempo possível."
Rachaduras apareceram
Os resultados, publicados no artigo Visualizing Chemomechanical Degradation of a Solid State Electrolyte Battery, na revista ACS Energy Letters, ilustram como as rachaduras começaram a se formar na camada de eletrólitos em poucos dias, causando maior resistência ao fluxo de íons.
Anteriormente, disse McDowell, pensava-se que as reações químicas na interface entre o metal lítio e o eletrólito eram a causa da degradação da bateria, em vez de rachar nas células.
“O que aprendemos ao fazer esta geração de imagens é que neste material em particular não são as reações químicas em si que são ruins - elas não afetam o desempenho da bateria”, acrescentou ele. “O que é ruim é que a célula se quebra e isso destrói o desempenho da célula.”
Os pesquisadores dizem que sua descoberta provavelmente também se aplicará a químicas alternativas de baterias de estado sólido e poderia ajudar a influenciar pesquisas adicionais sobre a criação de conceitos duráveis para a tecnologia promissora.
"Em baterias normais de íons de lítio, os materiais que usamos definem quanta energia podemos armazenar", disse McDowell. “O lítio puro pode ser o mais útil, mas não funciona bem com eletrólito líquido. Mas se você pudesse usar lítio sólido com um eletrólito sólido que seria o santo graal da densidade de energia. ”
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