p Aqui está um caso em que os desvios aceleram o tráfego. O resultado pode ser baterias melhores para transporte, eletrônica e armazenamento de energia solar. p Cientistas da Brown School of Engineering da Rice University descobriram que colocar defeitos específicos na estrutura cristalina dos cátodos à base de fosfato de ferro e lítio amplia os caminhos pelos quais os íons de lítio viajam. Seus cálculos teóricos podem melhorar o desempenho em até duas ordens de magnitude e apontar o caminho para melhorias semelhantes em outros tipos de baterias.

p Esses defeitos, conhecido como antisites, são formados quando os átomos são colocados nas posições erradas na rede, ou seja, quando os átomos de ferro ficam nos locais que deveriam ser ocupados pelo lítio. Os defeitos do antisite impedem o movimento do lítio dentro da estrutura do cristal e são geralmente considerados prejudiciais ao desempenho da bateria.

p No caso do fosfato de ferro-lítio, Contudo, os pesquisadores do Rice descobriram que eles criam muitos desvios dentro do cátodo e permitem que os íons de lítio alcancem a frente de reação sobre uma superfície mais ampla, o que ajuda a melhorar a taxa de carga ou descarga das baterias.

p A pesquisa aparece na revista Nature Materiais Computacionais .

p O fosfato de ferro-lítio é um material catódico amplamente usado para baterias de íon-lítio e também serve como um bom sistema de modelo para estudar a física subjacente ao processo de ciclagem da bateria, disse o cientista de materiais do arroz Ming Tang, que realizou a pesquisa com o ex-aluno Liang Hong, agora um pesquisador da MathWorks, e o estudante de graduação Kaiqi Yang.

p Após a inserção de lítio, o cátodo muda de uma fase pobre em lítio para uma fase rica em lítio, disse Tang, professor assistente de ciência dos materiais e nanoengenharia. Quando a cinética da reação de superfície é lenta, o lítio só pode ser inserido no fosfato de ferro-lítio dentro de uma região de superfície estreita em torno do limite da fase - a "estrada" - um fenômeno que limita a velocidade na qual a bateria pode recarregar.

p “Se não houver defeitos, o lítio só pode entrar nesta pequena região em torno do limite de fase, "disse ele." No entanto, defeitos anti-local podem fazer com que a inserção de lítio ocorra de maneira mais uniforme em toda a superfície, e assim o limite se moveria mais rápido e a bateria carregaria mais rápido.

p "Se você forçar o cátodo sem defeitos a ser carregado rapidamente aplicando uma grande voltagem, haverá um fluxo local de lítio muito alto na superfície e isso pode causar danos ao cátodo, "disse ele." Este problema pode ser resolvido usando defeitos para espalhar o fluxo por toda a superfície do cátodo. "

p O recozimento do material - aquecimento sem queimá-lo - pode ser usado para controlar a concentração de defeitos. Tang disse que os defeitos também permitiriam o uso de partículas catódicas maiores do que os cristais em nanoescala para ajudar a melhorar a densidade de energia e reduzir a degradação da superfície.

p "Uma previsão interessante do modelo é que essa configuração de defeito ideal depende da forma das partículas, " ele disse, “Vimos que facetas de uma determinada orientação podem tornar os desvios mais eficazes no transporte de íons de lítio. você vai querer ter mais dessas facetas expostas na superfície do cátodo. "

p Tang disse que o modelo pode ser aplicado como uma estratégia geral para melhorar os compostos de bateria de mudança de fase.

p "Para materiais estruturais como aço e cerâmica, as pessoas brincam com os defeitos o tempo todo para tornar os materiais mais resistentes, "disse ele." Mas não falamos muito sobre o uso de defeitos para fazer materiais de bateria melhores. Usualmente, as pessoas vêem os defeitos como aborrecimentos a serem eliminados.

p "Mas achamos que podemos transformar defeitos em amigos, não inimigos, para um melhor armazenamento de energia. "