Neurocincia ajuda a desfazer mito sobre trincas das baterias de ltio

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 08/08/2023

Trincas do bem ou trincas do mal?

Os fabricantes de baterias de ons de ltio sempre tentaram reduzir as trincas microscpicas que podem ocorrer no eletrodo positivo porque essas trincas reduzem a vida til das baterias.

Ou, pelo menos nisso o que todos os envolvidos acreditavam at agora. S que parece que no bem assim.

Jinhong Min e Yiyang Li, da Universidade de Michigan, nos EUA, acabam de descobrir que as trincas no eletrodo positivo podem na verdade reduzir o tempo de recarregamento das baterias de ons de ltio.

“Muitas empresas esto interessadas em fabricar baterias de ‘um milho de milhas’ [de autonomia para carros eltricos] usando partculas que no racham. Infelizmente, se as rachaduras forem removidas, as partculas da bateria no sero capazes de carregar rapidamente sem a rea de superfcie extra dessas rachaduras,” explicou Li.

A equipe acredita que suas descobertas se aplicam a mais da metade de todas as baterias de veculos eltricos j produzidas, nas quais o eletrodo positivo – ou ctodo – composto de trilhes de partculas microscpicas feitas de xido de ltio-nquel-mangans-cobalto ou xido de ltio-nquel-cobalto-alumnio.

Neurocincia das baterias

Teoricamente, a velocidade com que o ctodo carrega diminui seguindo a proporo superfcie-volume das partculas. Partculas menores devem carregar mais rpido do que partculas maiores porque elas tm uma rea de superfcie maior em relao ao volume, de modo que os ons de ltio precisam percorrer distncias mais curtas para se difundir atravs delas.

S que ningum havia at hoje conseguido rastrear exatamente o que acontece com cada partcula individualmente. Como os mtodos convencionais de observao no conseguem medir diretamente as propriedades de carga das partculas individuais do ctodo, tudo o que se dispunha at agora era da mdia de todas as partculas que compem o ctodo da bateria. Isso significa que a relao amplamente aceita entre a velocidade de carregamento e tamanho da partcula do ctodo era apenas uma suposio.

Foi a que a equipe se voltou para as pesquisas de neurocincia.

Mais especificamente, eles se interessaram em chips usados para estudar neurnios, compostos por matrizes de eletrodos que podem ser usados para levar eletricidade para cada neurnio ou detectar seus disparos. Cada matriz um chip personalizado de 2 por 2 centmetros, com at 100 microeletrodos.

“Quando eu estava na ps-graduao, um colega que estudava neurocincia me mostrou matrizes que eles usavam para estudar neurnios individuais. Eu me perguntei se tambm poderamos us-las para estudar partculas de bateria, que so semelhantes em tamanho aos neurnios,” contou Li.

Complicando as coisas

Em vez de cultivar neurnios sobre o chip, Min e Li distriburam sobre ele as partculas do ctodo da bateria de ltio, o que permitiu pela primeira vez medir o comportamento de cada uma delas.

O experimento revelou que as velocidades de carregamento das partculas do ctodo no dependem do seu tamanho. Os pesquisadores acreditam que a explicao mais provvel para esse comportamento inesperado que as partculas maiores na verdade se comportam como uma coleo de partculas menores quando trincam internamente.

Assim, os projetistas das baterias de “um milho de milhas” precisaro considerar os benefcios dos materiais que trincam, em vez de simplesmente continuar na busca insistente de partculas de cristal nico que no trincam. Para carregar rapidamente, essas partculas podem precisar ser menores do que as partculas atuais, que apresentam o trincamento.

A alternativa fabricar ctodos de cristal nico com diferentes materiais, que possam mover o ltio mais rapidamente, mas esses materiais podem ser limitados pelo suprimento de metais necessrios ou terem densidades de energia mais baixas, disse Li.

Ou seja, a descoberta mostrou que a misso dos projetistas de baterias mais desafiadora do que j parecia.

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