Pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego desenvolveram um dispositivo emissor de ultrassom que traz baterias de metal de lítio, ou LMBs, um passo mais perto da viabilidade comercial. Embora a equipe de pesquisa tenha se concentrado em LMBs, o dispositivo pode ser usado em qualquer bateria, independentemente da química.

O dispositivo que os pesquisadores desenvolveram é parte integrante da bateria e funciona emitindo ondas de ultrassom para criar uma corrente circulante no líquido eletrolítico encontrado entre o ânodo e o cátodo. Isso evita a formação de crescimentos de metal de lítio, chamados dendritos, durante o carregamento, isso leva à diminuição do desempenho e a curtos-circuitos nos LMBs.

O dispositivo é feito de componentes de smartphone prontos para uso, que geram ondas sonoras em frequências extremamente altas - variando de 100 milhões a 10 bilhões de hertz. Nos telefones, esses dispositivos são usados ​​principalmente para filtrar o sinal de celular sem fio e identificar e filtrar chamadas de voz e dados. Em vez disso, os pesquisadores os usaram para gerar um fluxo dentro do eletrólito da bateria.

"Os avanços na tecnologia dos smartphones são realmente o que nos permitiu usar o ultrassom para melhorar a tecnologia da bateria, "disse James Amigo, professor de engenharia mecânica e aeroespacial na Jacobs School of Engineering da UC San Diego e autor correspondente do estudo.

Atualmente, LMBs não foram considerados uma opção viável para alimentar tudo, desde veículos elétricos a eletrônicos porque sua vida útil é muito curta. Mas essas baterias também têm o dobro da capacidade das melhores baterias de íon de lítio da atualidade. Por exemplo, Veículos elétricos movidos a metal de lítio teriam o dobro do alcance de veículos movidos a íon de lítio, para o mesmo peso da bateria.

Os pesquisadores mostraram que uma bateria de metal de lítio equipada com o dispositivo pode ser carregada e descarregada por 250 ciclos e uma bateria de íon de lítio por mais de 2.000 ciclos. As baterias foram carregadas de zero a 100 por cento em 10 minutos para cada ciclo.

"Este trabalho permite o carregamento rápido e baterias de alta energia em um, "disse Ping Liu, professor de nanoengenharia da Escola Jacobs e outro autor sênior do jornal. "É emocionante e eficaz."

A equipe detalha seu trabalho na edição XX da revista. Materiais avançados .

A maioria dos esforços de pesquisa de bateria se concentra em encontrar a química perfeita para desenvolver baterias que duram mais e carregam mais rápido, Disse Liu. Por contraste, a equipe da UC San Diego procurou resolver uma questão fundamental:o fato de que, nas baterias de metal tradicionais, o eletrólito líquido entre o cátodo e o ânodo é estático. Como resultado, quando a bateria carrega, o íon de lítio no eletrólito está esgotado, tornando mais provável que o lítio se deposite de maneira desigual no ânodo. Isso, por sua vez, causa o desenvolvimento de estruturas semelhantes a agulhas, chamadas dendritos, que podem crescer sem controle do ânodo em direção ao cátodo, fazendo com que a bateria entre em curto-circuito e até mesmo pegue fogo. O carregamento rápido acelera esse fenômeno.

Ao propagar ondas de ultrassom através da bateria, o dispositivo faz com que o eletrólito flua, reabastecendo o lítio no eletrólito e tornando mais provável que o lítio se forme de maneira uniforme, depósitos densos no ânodo durante o carregamento.

A parte mais difícil do processo foi projetar o dispositivo, disse An Huang, o primeiro autor do artigo e um Ph.D. estudante em ciência de materiais na UC San Diego. O desafio era trabalhar em escalas extremamente pequenas, compreender os fenômenos físicos envolvidos e encontrar uma maneira eficaz de integrar o dispositivo dentro da bateria.

"Nosso próximo passo será integrar esta tecnologia em baterias comerciais de íon de lítio, "disse Haodong Liu, o co-autor do artigo e pesquisador de pós-doutorado em nanoengenharia na Escola Jacobs.