Uma equipe da Purdue University publicou uma pesquisa que examina a relação entre os elementos ativos e inativos das baterias de íon-lítio, e como a micro e nanoestrutura de seus respectivos ingredientes se reflete no desempenho e na segurança das baterias.

O estudo foi recentemente publicado na capa da revista. Materiais e interfaces aplicados ACS .

"As baterias recarregáveis ​​estão por toda parte, "disse Partha Mukherjee, professor associado de engenharia mecânica, e pesquisador principal da pesquisa. "Provavelmente carregamos dois ou três aparelhos eletrônicos portáteis conosco o tempo todo. Mas as interações entre os diferentes elementos da bateria em si ainda não são claramente compreendidas. Minha pesquisa espera preencher essa lacuna."

No laboratório de Mukherjee, o Laboratório de Ciências de Energia e Transporte (ETSL), pesquisadores estudam todas as formas de transporte e armazenamento de energia, incluindo baterias e células de combustível. Eles usam modelagem por computador para propor novas configurações dos elementos constituintes envolvidos e, em seguida, testar diferentes fenômenos no laboratório.

"É como fazer um bolo, "disse Aashutosh Mistry, um Ph.D. candidato em engenharia mecânica. "Quanta massa você deve usar? Quanta cereja você deve colocar para que tenha um gosto bom? Da mesma forma, olhamos para as proporções fundamentais, ou a receita, desses eletrodos de bateria. Qualquer coisa que você muda na microescala acaba afetando o desempenho geral. "

“Vamos pegar veículos elétricos, por exemplo, "disse Mukherjee." As pessoas estão interessadas em três coisas. Desempenho:quão rápido posso dirigir meu carro? Vida:quanto tempo posso dirigir meu carro antes de recarregá-lo? E finalmente, preocupações de segurança. Vimos essas baterias falharem publicamente, de maneiras espetaculares, explodindo em smartphones e carros elétricos. Então, todos esses três aspectos - desempenho, vida, e segurança - são muito importantes. Pode ser um equilíbrio complicado acertar tudo. "

às vezes, seu laboratório trabalha na recriação das falhas espetaculares de propósito. Em um carro elétrico típico, as baterias não são uma unidade enorme, mas milhares de células individuais conectadas juntas. Se um falhar, o que acontece com os outros próximos? Para um teste, um módulo de amostra de 24 células (do tamanho de um tijolo) foi propositalmente sobrecarregado. Uma célula explodiu, o que levou a uma reação em cadeia onde todas as células pegaram fogo.

"A temperatura e a pressão dentro de uma célula ficaram tão altas, derreteu o invólucro de metal, que pegou fogo, "disse o candidato ao doutorado Daniel Robles, enquanto ele segurava um saco plástico com os restos carbonizados. "Em um carro elétrico, existem vários milhares dessas células, e eles estão localizados embaixo do seu assento! É por isso que é importante entender os fundamentos desses fenômenos, para que possamos evitar que aconteça. "

As baterias recarregáveis ​​normalmente contêm um eletrodo positivo e um eletrodo negativo, consistindo em "material ativo" para armazenar o lítio. Entre os dois eletrodos está um separador, e há eletrólito líquido por toda parte, para transportar íons de lítio. Finalmente, uma combinação de materiais eletroquimicamente inativos, tais como aditivos condutores e aglutinantes (chamados de "fase secundária") ajudam a moldar os ingredientes físicos nos eletrodos porosos compostos e aumentar a condutividade elétrica. Na pesquisa publicada, Mukherjee e sua equipe examinam a relação entre o material ativo e a fase secundária na escala micro e nano - a porosidade, as formas físicas, e suas interações entre si. A alteração de qualquer uma dessas características resulta em mudanças significativas no desempenho geral da bateria.

"Ainda estamos em um estágio inicial na compreensão dessas interações complexas, "Mukherjee disse." Mas essa é a chave para a nossa pesquisa. Conectamos o que está acontecendo em escala micro e nano ao desempenho da bateria, vida, E segurança."

E conforme as baterias recarregáveis ​​se tornam mais prevalentes, sua pesquisa se torna ainda mais vital. "As baterias estão sendo usadas em todos os lugares, de eletrônicos portáteis a veículos, e até mesmo em redes elétricas de grande porte. Este é um momento excelente e emocionante para fazer pesquisas em armazenamento de energia. "