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  • Equipe visa reduzir a formação de massas semelhantes a cristais prejudiciais em baterias de metal de lítio

    Por meio de simulações e experimentos, a equipe de pesquisa mostrou que uma membrana porosa sufocou a formação de dendritos em baterias de metal de lítio. Crédito:University of Delaware / Joy Smoker

    De smartphones a veículos elétricos, muitas das tecnologias atuais funcionam com baterias de íon de lítio. Isso significa que os consumidores precisam manter seus carregadores à mão. A bateria do iPhone X dura apenas 21 horas de conversação, e o modelo S da Tesla tem um alcance de 335 milhas - o que significa que você pode esperar chegar de Newark, Delaware para Providence, Rhode Island, mas não até Boston, com uma carga.

    Cientistas de todo o mundo, incluindo até o próprio inventor das baterias de íon de lítio, John Goodenough — está procurando maneiras de tornar as baterias recarregáveis ​​mais seguras, mais leve, e mais poderoso.

    Agora, uma equipe internacional de pesquisadores liderada por Bingqing Wei, professor de engenharia mecânica da University of Delaware e diretor do Center for Fuel Cells and Batteries, está fazendo um trabalho que poderia lançar as bases para o uso mais amplo de baterias de metal de lítio que teriam mais capacidade do que as baterias de íon de lítio comumente usadas em produtos eletrônicos de consumo hoje. A equipe desenvolveu um método para mitigar a formação de dendritos em baterias de metal de lítio, que eles descreveram em um artigo publicado em Nano Letras .

    A promessa (e armadilhas) das baterias de metal de lítio

    Em uma bateria de íon de lítio, o ânodo, ou lado gerador de corrente, é feito de um material, como grafite, com íons de lítio ligados a ele. Os íons de lítio fluem para o cátodo, ou lado de coleta de corrente.

    Em uma bateria de metal de lítio, o ânodo é feito de metal de lítio. Os elétrons fluem do ânodo para o cátodo para gerar eletricidade. Baterias recarregáveis ​​feitas de metal de lítio são muito promissoras porque o lítio é o metal mais eletricamente positivo e tem uma capacidade muito alta.

    "Teoricamente, O metal de lítio é uma das melhores opções para baterias, mas é difícil de lidar na prática, "Wei disse.

    As baterias de metal de lítio têm sido ineficientes, instável, e até mesmo um risco de incêndio até agora. Seu desempenho é prejudicado por dendritos de lítio, formações que se parecem com minúsculas estalagmites feitas de depósitos de lítio. À medida que a bateria está sendo usada, Os íons de lítio se acumulam no ânodo. Hora extra, os depósitos de lítio tornam-se não uniformes, levando às formações desses dendritos, o que pode causar um curto-circuito na bateria.

    Um novo entendimento

    Grupos de pesquisa em todo o mundo tentaram uma variedade de técnicas para suprimir a formação e o crescimento desses dendritos. Depois de estudar a literatura, Wei descobriu que quase todas as técnicas aplicadas podiam ser entendidas sob um guarda-chuva:a introdução de uma camada de material poroso no sistema poderia impedir que os dendritos se acumulassem no ânodo.

    Usando modelagem matemática, a equipe de pesquisa descobriu que um material poroso suprimia a iniciação e o crescimento dos dendritos. Os dendritos que se formaram foram 75% mais curtos do que aqueles que se formaram em sistemas sem membrana porosa. Para provar ainda mais a descoberta, a equipe fabricou uma membrana feita de minúsculos fios de nitreto de silício poroso que mediam menos de um milionésimo de metro cada. Eles então integraram esta membrana em células de metal de lítio em uma bateria e funcionaram por 3, 000 horas. Nenhum dendrito cresceu.

    "Este entendimento fundamental não pode ser limitado ao nitreto de silício que usamos, "Wei disse." Outras estruturas porosas podem fazer isso também. "

    O que mais, este princípio também pode se estender a outros sistemas de bateria, como baterias à base de zinco ou potássio, ele disse.

    "Neste campo de baterias à base de metal, este é um entendimento atualizado, "disse ele." Este é o tipo de trabalho que pode ter um grande impacto. "


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