p As baterias abastecem nossas vidas:contamos com elas para manter nossos telefones celulares e laptops funcionando e nossos carros híbridos e elétricos na estrada. Mas a adoção cada vez maior das baterias de íon de lítio mais comumente usadas pode na verdade levar ao aumento do custo e potencial escassez de lítio - razão pela qual as baterias de íon de sódio estão sendo pesquisadas intensamente como uma possível substituição. Eles têm um bom desempenho, e sódio, um metal alcalino intimamente relacionado ao lítio, é barato e abundante. p O desafio? As baterias de íon de sódio têm vida útil mais curta do que suas irmãs baseadas em lítio.

p Agora, O cientista de materiais computacionais da UC Santa Bárbara, Chris Van de Walle, e seus colegas descobriram uma razão para essa perda de capacidade nas baterias de sódio:a presença não intencional de hidrogênio, o que leva à degradação do eletrodo da bateria. Van de Walle e os co-autores Zhen Zhu e Hartwin Peelaers publicaram suas descobertas na revista Química de Materiais .

p "O hidrogênio está comumente presente durante a fabricação do material catódico, ou pode ser incorporado do meio ambiente ou do eletrólito, "disse Zhu, quem está agora no Google. "Sabe-se que o hidrogênio afeta fortemente as propriedades dos materiais eletrônicos, por isso estávamos curiosos sobre seu efeito no NaMnO ₂ (dióxido de manganês de sódio), um cátodo comum para baterias de íon de sódio. "Para estudar isso, os pesquisadores usaram técnicas computacionais capazes de prever os efeitos estruturais e químicos decorrentes da presença de impurezas.

p Professor Peelaers, agora na Universidade de Kansas, descreveram as principais descobertas:"Rapidamente percebemos que o hidrogênio pode penetrar facilmente no material, e que sua presença permite que os átomos de manganês se desprendam da estrutura de óxido de manganês que mantém o material unido. Esta remoção de manganês é irreversível e leva a uma diminuição da capacidade e, em última análise, degradação da bateria. "

p Os estudos foram realizados no Grupo de Materiais Computacionais de Van De Walle na UC Santa Bárbara.

p "Pesquisas anteriores mostraram que a perda de manganês pode ocorrer na interface com o eletrólito ou pode estar associada a uma transição de fase, mas não identificou realmente um gatilho, "Van de Walle disse." Nossos novos resultados mostram que a perda de manganês pode ocorrer em qualquer parte do material, se o hidrogênio estiver presente. Como os átomos de hidrogênio são tão pequenos e reativos, hidrogênio é um contaminante comum em materiais. Agora que seu impacto prejudicial foi sinalizado, medidas podem ser tomadas durante a fabricação e encapsulamento das baterias para suprimir a incorporação de hidrogênio, o que deve levar a um melhor desempenho. "

p Na verdade, os pesquisadores suspeitam que mesmo as onipresentes baterias de íon-lítio podem sofrer os efeitos nocivos da incorporação não intencional de hidrogênio. Se isso causa menos problemas porque os métodos de fabricação são ainda mais avançados neste sistema de materiais maduros, ou porque há uma razão fundamental para as baterias de lítio serem mais resistentes ao hidrogênio não está clara no momento, e será uma área de pesquisas futuras.