As baterias de íon-lítio são notórias por desenvolver curtos elétricos internos que podem inflamar os eletrólitos líquidos de uma bateria, levando a explosões e incêndios. Engenheiros da Universidade de Illinois desenvolveram um eletrólito sólido à base de polímero que pode se autocurar após danos - e o material também pode ser reciclado sem o uso de produtos químicos agressivos ou altas temperaturas.

O novo estudo, o que poderia ajudar os fabricantes a produzir recicláveis, baterias comerciais autocuráveis, é publicado no Jornal da American Chemical Society .

Como as baterias de íon-lítio passam por vários ciclos de carga e descarga, eles se desenvolvem minúsculos, estruturas semelhantes a ramos de lítio sólido chamadas dendritos, disseram os pesquisadores. Essas estruturas reduzem a vida útil da bateria, causar pontos de acesso e curtos elétricos, e às vezes crescem o suficiente para perfurar as partes internas da bateria, causando reações químicas explosivas entre os eletrodos e os líquidos eletrolíticos.

Houve um impulso de químicos e engenheiros para substituir os eletrólitos líquidos em baterias de íon-lítio por materiais sólidos, como cerâmicas ou polímeros, disseram os pesquisadores. Contudo, muitos desses materiais são rígidos e quebradiços, resultando em contato pobre entre eletrólito e eletrodo e condutividade reduzida.

"Polímeros condutores de íons sólidos são uma opção para o desenvolvimento de eletrólitos não líquidos, "disse Brian Jing, estudante de graduação em ciência de materiais e engenharia e coautor do estudo. "Mas as condições de alta temperatura dentro de uma bateria podem derreter a maioria dos polímeros, novamente resultando em dendritos e falha. "

Estudos anteriores produziram eletrólitos sólidos usando uma rede de fios de polímero que são reticulados para formar um condutor de lítio de borracha. Este método retarda o crescimento dos dendritos; Contudo, esses materiais são complexos e não podem ser recuperados ou curados após danos, Disse Jing.

Abordar esta questão, os pesquisadores desenvolveram um eletrólito de polímero em rede no qual o ponto de reticulação pode sofrer reações de troca e troca de fios de polímero. Em contraste com os polímeros lineares, essas redes realmente ficam mais rígidas com o aquecimento, o que pode potencialmente minimizar o problema de dendrito, disseram os pesquisadores. Adicionalmente, eles podem ser facilmente divididos e solidificados em uma estrutura de rede após o dano, tornando-os recicláveis, e eles restauram a condutividade após serem danificados porque são autocuráveis.

"Este novo polímero de rede também mostra a propriedade notável de que tanto a condutividade quanto a rigidez aumentam com o aquecimento, que não é visto em eletrólitos de polímero convencionais, "Disse Jing.

"A maioria dos polímeros requer ácidos fortes e altas temperaturas para se decompor, "disse o professor de ciência e engenharia de materiais e autor principal Christopher Evans." Nosso material se dissolve na água em temperatura ambiente, tornando-o um processo muito eficiente em termos de energia e ambientalmente correto. "

A equipe investigou a condutividade do novo material e descobriu que seu potencial como um eletrólito de bateria eficaz era promissor, os pesquisadores disseram, mas reconheça que é necessário mais trabalho antes que ele possa ser usado em baterias comparáveis ​​às que estão em uso hoje.

"Acho que este trabalho apresenta uma plataforma interessante para outros testarem, "Evans disse." Usamos uma química muito específica e uma ligação dinâmica muito específica em nosso polímero, mas achamos que esta plataforma pode ser reconfigurada para ser usada com muitos outros produtos químicos para ajustar a condutividade e as propriedades mecânicas. "