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    Não tão rápido:algumas baterias podem chegar longe demais
    p À esquerda, um modelo 3D feito por cientistas de materiais da Rice University mostra um limite de fase quando um cátodo de fosfato de ferro de lítio delitiante sofre uma descarga rápida. À direita, uma seção transversal mostra a fronteira "semelhante a um dedo" entre o fosfato de ferro (azul) e o lítio (vermelho). Os engenheiros da Rice descobriram que muitos defeitos intencionais destinados a melhorar as baterias podem de fato degradar seu desempenho e durabilidade. Crédito:Mesoscale Materials Science Group / Rice University

    p Defeitos intencionais nas baterias deram aos cientistas da Rice University uma janela para os perigos de empurrar as células de íon-lítio longe demais. p Novas simulações do cientista de materiais do Rice Ming Tang e do estudante de graduação Kaiqi Yang, detalhado no Journal of Materials Chemistry A , mostra muito estresse em catodos de fosfato de ferro de lítio amplamente usados ​​podem abrir rachaduras e degradar rapidamente as baterias.

    p O trabalho estende a pesquisa recente de Rice, que demonstrou como colocar defeitos nas partículas que compõem o cátodo poderia melhorar o desempenho da bateria em até duas ordens de magnitude, ajudando o lítio a se mover com mais eficiência.

    p Mas o estudo de modelagem subsequente do laboratório revelou uma advertência. Sob a pressão de carga e descarga rápidas, cátodos carregados de defeitos podem fraturar.

    p "A imagem convencional é que o lítio se move uniformemente para o cátodo, com uma região rica em lítio que se expande suavemente para o centro do cátodo, "disse Tang, professor assistente de ciência dos materiais e nanoengenharia na Brown School of Engineering de Rice.

    p Mas as imagens de raios-X tiradas em outro laboratório mostraram outra coisa. "Eles viram uma fronteira semelhante a um dedo entre as regiões ricas e pobres em lítio, quase como quando você injeta água no óleo, "ele disse." Nossa pergunta era, o que causa isso? "

    p A raiz do problema parece ser que o estresse desestabiliza o limite inicialmente plano e faz com que ele se torne ondulado, Tang disse. A mudança na forma do limite aumenta ainda mais o nível de tensão e desencadeia a formação de fissuras. O estudo do grupo de Tang mostra que essa instabilidade pode ser aumentada por um tipo comum de defeito em compostos de bateria chamados antisites, onde os átomos de ferro ocupam pontos no cristal onde os átomos de lítio deveriam estar.

    p "Os anti-sites podem ser uma coisa boa, como mostramos no último artigo, porque eles aceleram a cinética de intercalação de lítio, "Tang disse, "Mas aqui mostramos um contra-efeito:muitos antisites nas partículas estimulam a interface móvel a se tornar instável e, portanto, gerar mais estresse."

    p Kaiqi Yang, estudante de pós-graduação em arroz, deixou, e o cientista de materiais Ming Tang determinou que a carga e descarga rápidas de algumas baterias de íon-lítio com defeitos intencionais degrada seu desempenho e durabilidade. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University

    p Tang acredita que há um ponto ideal para o número de antisites em um cátodo:o suficiente para melhorar o desempenho, mas muito poucos para promover a instabilidade. "Você quer ter um nível adequado de defeitos, e vai exigir alguma tentativa e erro para descobrir como chegar à quantidade certa por meio do recozimento das partículas, "disse ele." Achamos que nossas novas previsões podem ser úteis para experimentalistas. "


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