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Novo aditivo promete melhorar o desempenho das baterias de íons de lítio

Pesquisadores do Laboratório Nacional Brookhaven, pertencente ao Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE), descobriram um novo aditivo eletrolítico capaz de melhorar a densidade das baterias de íons de lítio. A substância permite um ciclo estável de alta voltagem nos cátodos com camadas à base de níquel.

Segundo os cientistas, essa descoberta oferece uma solução para os problemas de degradação em materiais catódicos ricos em níquel, principalmente quando eles são submetidos à altas tensões, algo comum nas células de energia que alimentam os veículos elétricos de última geração.

“Nós descobrimos que ao aumentar a tensão para 4,8 volts, o aditivo conhecido como difluorofosfato de lítio passava a oferecer uma maior proteção sobre o cátodo, fazendo com que a bateria alcançasse um desempenho excelente durante os ciclos de carga e descarga”, explica a engenheira eletroquímica Sha Tan, autora principal do estudo.

Maior proteção

Baterias de íons de lítio possuem dois terminais elétricos chamados cátodo e ânodo, separados por um eletrólito. Para fornecer energia, os elétrons viajam por um circuito externo, conectando os dois eletrodos enquanto os íons passam pelo eletrólito, em ciclos alternados e carga de descarga.

Síntese de atuação do aditivo em cátodos ricos em níquel (Imagem: Reprodução/DOE)
Síntese de atuação do aditivo em cátodos ricos em níquel (Imagem: Reprodução/DOE)

Materiais catódicos ricos em níquel prometem alta densidade de energia, mas eles são mais propensos à perda de capacidade com o passar do tempo, devido à degradação de partículas quando operam em tensões muito altas ou sob temperaturas excessivamente elevadas.

“À medida que nosso aditivo se decompõe, ele produz fosfato de lítio e fluoreto de lítio, formando uma interfase cátodo-eletrólito fina, sólida e altamente protetora. Essa camada consegue suprimir significativamente a perda de metal de transição na superfície do cátodo, melhorando o desempenho geral da bateria”, acrescenta Tan.

Policristais

Além de garantir uma maior eficiência das células de energia, o uso desse aditivo também resolve o problema de rachaduras em materiais policristalinos — agregados de muitos cristais em escala nanométrica, geralmente encontrados em materiais catódicos ricos em níquel.

Equipamento usado para observar como o difluorofosfato de lítio consegue proteger o cátodo (Imagem: Reprodução/DOE)
Equipamento usado para observar como o difluorofosfato de lítio consegue proteger o cátodo (Imagem: Reprodução/DOE)

Atualmente, essas rachaduras representam uma perda significativa na capacidade de retenção de energia nas baterias de íons de lítio, impedindo o aumento da autonomia de equipamentos eletrônicos e, principalmente, de veículos elétricos que funcionam sob tensões elétricas mais elevadas.

“Nossa estratégia usa uma quantidade muito pequena de aditivo para obter uma melhoria muito grande no desempenho eletroquímico. Em termos práticos, essa pode ser uma solução de baixo custo e fácil de ser adotada pela indústria no desenvolvimento de baterias mais estáveis e duráveis”, encerra a pesquisadora Sha Tan.

Fonte: Canaltech

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