Muitos dispositivos móveis são alimentados por baterias de íon de lítio, que poderia ser menor, mais leve, mais seguro e eficiente se os eletrólitos líquidos que eles contêm fossem substituídos por sólidos. Um candidato promissor para um eletrólito de estado sólido é uma nova classe de materiais à base de compostos de lítio, apresentado por físicos da Suíça e da Polônia.

As baterias de íon de lítio disponíveis comercialmente consistem em dois eletrodos conectados por um eletrólito líquido. Esse eletrólito torna difícil para os engenheiros reduzir o tamanho e o peso da bateria. Adicionalmente, eles estão sujeitos a vazamentos; o lítio nos eletrodos expostos entra em contato com o oxigênio do ar e sofre autoignição. Esse problema causou o encalhe total dos voos do Dreamliner, um exemplo espetacular dos problemas causados ​​pelo uso das modernas baterias de íons de lítio.

Há anos, os laboratórios procuram materiais sólidos capazes de substituir eletrólitos líquidos. Os candidatos mais populares incluem compostos nos quais os íons de lítio são circundados por íons de enxofre ou oxigênio. Contudo, no jornal Materiais de energia avançados , uma equipe suíça-polonesa de cientistas apresentou uma nova classe de compostos iônicos onde os portadores de carga são íons de lítio que se movem em um ambiente de íons amina (NH2) e tetrahidroborato (BH4). A parte experimental do projeto de pesquisa foi realizada na Empa, os Laboratórios Federais Suíços de Ciência e Tecnologia de Materiais em Dübendorf, e na Universidade de Genebra (UG), liderado pelo Prof. Zbigniew Lodziana do Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências (IFJ PAN) em Cracóvia.

"Estávamos lidando com amida-boro-hidreto de lítio, uma substância anteriormente considerada como um condutor iônico inadequado. Este composto é feito pela moagem de dois constituintes na proporção de um para três. A data, ninguém jamais testou o que acontece com a condutividade iônica quando as proporções entre esses constituintes são alteradas. Fomos os primeiros a fazer isso, e descobriu-se que, ao reduzir o número de grupos NH2 a um certo limite, poderíamos melhorar significativamente a condutividade. Ela aumenta tanto que se torna comparável à condutividade de eletrólitos líquidos, "diz o Prof Lodziana.

Este enorme aumento na condutividade iônica abre um novo, direção inexplorada na busca por um eletrólito de estado sólido. Anteriormente, o foco era quase exclusivamente nas mudanças na composição da substância química. Agora ficou claro que, na fase de produção do composto, a as proporções dos ingredientes usados ​​para fabricá-los são fundamentais.

"Nosso amida-borohidreto de lítio é um representante de uma nova classe promissora de materiais eletrolíticos de estado sólido. No entanto, levará algum tempo até que as baterias construídas com esses compostos entrem em uso. Por exemplo, não deve haver reações químicas entre o eletrólito e os eletrodos levando à sua degradação. Este problema ainda está esperando por uma solução ideal, "diz o Prof Lodziana.

As perspectivas da pesquisa são promissoras. Os cientistas não se limitaram simplesmente a caracterizar as propriedades físico-químicas do novo material. O composto foi usado como um eletrólito em um típico Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ meia célula. A meia-célula teve um bom desempenho em testes de esgotamento e recarga, provando ser estável ao longo de 400 ciclos. Os pesquisadores deram passos promissores para resolver outra questão importante. O amida-boro-hidreto de lítio descrito na publicação exibiu excelente condutividade iônica apenas a cerca de 40 ° C. Nos experimentos mais recentes, isso já foi reduzido abaixo da temperatura ambiente.

Teoricamente, Contudo, o novo material continua sendo um desafio. Anteriormente, pesquisadores construíram modelos para substâncias nas quais os íons de lítio se movem em um ambiente atômico. No novo material, os íons se movem entre as moléculas de luz que ajustam sua orientação para facilitar o movimento do lítio.

“No modelo proposto, a excelente condutividade iônica é conseqüência da construção específica da rede cristalina do material testado. Essa rede, na verdade, consiste em duas sub-redes. Acontece que os íons de lítio estão presentes aqui nas células elementares de apenas uma sub-rede. Contudo, a barreira de difusão entre as sub-redes é baixa. Sob condições apropriadas, os íons, portanto, viajam para o segundo, sub-estrutura vazia, onde eles podem se mover livremente, "explica o Prof Lodziana.

Isso explica apenas algumas das características observadas do novo material. Os mecanismos responsáveis ​​por sua alta condutividade são certamente mais complexos. Um estudo mais aprofundado deve acelerar significativamente a busca por compostos ideais para um eletrólito de estado sólido e, conseqüentemente, encurtar o processo de comercialização de novas fontes de energia que têm maior probabilidade de revolucionar a eletrônica portátil.