Os cientistas da Rice University deram o próximo passo em direção à implantação de poderosos, baterias recarregáveis ​​de metal de lítio, tornando-as mais seguras e simples de fabricar.

O laboratório do químico James Tour, do Rice, fez células de teste com uma camada de fósforo vermelho no separador que mantém os eletrodos do ânodo e do cátodo separados. O fósforo atua como um espião para sistemas de gerenciamento usados ​​para carregar e monitorar baterias, detectando a formação de dendritos, saliências de lítio que podem fazer com que falhem.

Os ânodos de metal de lítio carregam muito mais rápido e retêm cerca de 10 vezes mais energia por volume do que os ânodos de íon de lítio comuns usados ​​em quase todos os dispositivos eletrônicos no mercado, incluindo telefones celulares e carros elétricos. Os ânodos são um dos dois eletrodos necessários para a operação da bateria.

Mas carregar ânodos com infusão de lítio forma dendritos que, se eles alcançam o cátodo, causar um curto-circuito e possivelmente um incêndio ou explosão. Quando um dendrito atinge um separador revestido de fósforo vermelho, a tensão de carga da bateria muda. Isso informa ao sistema de gerenciamento de bateria para parar de carregar.

Ao contrário de outros detectores de dendritos propostos, a estratégia do arroz não requer um terceiro eletrodo.

"Fabricar baterias com um terceiro eletrodo é muito difícil, "Tour disse." Propomos uma camada estática que dá um pico na voltagem enquanto a bateria está sendo carregada. Esse pico é um sinal para desligá-lo. "

A pesquisa aparece em Materiais avançados .

A camada de fósforo vermelho não teve efeito significativo no desempenho normal em experimentos com baterias de teste do laboratório Tour.

Os pesquisadores construíram uma célula de teste transparente com um eletrólito (o líquido ou material semelhante a gel entre os eletrodos e ao redor do separador que permite que a bateria gere uma corrente) conhecido por acelerar o envelhecimento do cátodo e estimular o crescimento de dendritos. Isso os permitiu monitorar a voltagem enquanto observavam o crescimento dos dendritos.

Com um separador comum, eles viram o contato dos dendritos e penetraram no separador sem mudança na voltagem, uma situação que levaria à falha de uma bateria normal. Mas com a camada de fósforo vermelha, eles observaram uma queda brusca de voltagem quando os dendritos contataram o separador.

"Assim que um dendrito em crescimento toca o fósforo vermelho, dá um sinal na tensão de carga, "Tour disse." Quando o sistema de gerenciamento de bateria detecta isso, pode dizer, 'Pare de carregar, não use. '"

Ano passado, o laboratório introduziu filmes de nanotubos de carbono que parecem interromper completamente o crescimento de dendritos de ânodos de metal de lítio.

"Ao combinar os dois avanços recentes, o crescimento de dendritos de lítio pode ser mitigado, e há uma apólice de seguro interna de que a bateria desligará no caso improvável de que até mesmo um único dendrito comece a crescer em direção ao cátodo, "Tour disse.

"Literalmente, quando você faz uma nova bateria, você está fazendo mais de um bilhão deles, "ele disse." Pode um par desses falhar? Leva apenas alguns incêndios para as pessoas ficarem realmente impacientes. Nosso trabalho oferece mais uma garantia para a segurança da bateria. Estamos propondo outra camada de proteção que deve ser simples de implementar. "