A imagem por ressonância magnética (MRI) pode fornecer uma maneira eficaz de apoiar o desenvolvimento da próxima geração de baterias recarregáveis ​​de alto desempenho, de acordo com pesquisa conduzida pela Universidade de Birmingham.

A tecnica, que foi desenvolvido para detectar o movimento e a deposição de íons metálicos de sódio dentro de uma bateria de sódio, permitirá uma avaliação mais rápida de novos materiais de bateria, e ajudar a acelerar a rota deste tipo de bateria para o mercado.

As baterias de sódio são amplamente reconhecidas como candidatas promissoras para substituir as baterias de íon de lítio, atualmente amplamente utilizado em dispositivos como eletrônicos portáteis e veículos elétricos. Vários dos materiais necessários para produzir baterias de íon de lítio são elementos críticos ou estratégicos e, Portanto, pesquisadores estão trabalhando para desenvolver tecnologias alternativas e mais sustentáveis.

Embora o sódio pareça ter muitas das propriedades necessárias para produzir uma bateria eficiente, existem desafios para otimizar o desempenho. A chave entre eles é entender como o sódio se comporta dentro da bateria à medida que passa por seu ciclo de carga e descarga, possibilitando a identificação dos pontos de falha e dos mecanismos de degradação.

Um time, liderado pela Dra. Melanie Britton na Escola de Química da Universidade de Birmingham, desenvolveu uma técnica, com pesquisadores da Nottingham University, que usa a varredura de ressonância magnética para monitorar o desempenho do sódio no operando.

A equipe de pesquisa também incluiu cientistas do grupo de materiais de energia da Escola de Metalurgia e Materiais da Universidade de Birmingham, e do Imperial College London. Seus resultados são publicados em Nature Communications .

Esta técnica de imagem permitirá que os cientistas entendam como o sódio se comporta ao interagir com diferentes materiais anódicos e catódicos. Eles também serão capazes de monitorar o crescimento de dendritos - estruturas semelhantes a ramos que podem crescer dentro da bateria ao longo do tempo e fazer com que ela falhe, ou até mesmo pegar fogo.

"Porque a bateria é uma célula selada, quando dá errado, pode ser difícil ver qual é a falha, "explica o Dr. Britton." Desmontar a bateria introduz mudanças internas que tornam difícil ver qual era a falha original ou onde ocorreu. Mas usando a técnica de ressonância magnética que desenvolvemos, podemos realmente ver o que está acontecendo dentro da bateria enquanto ela está operacional, dando-nos uma visão sem precedentes sobre como o sódio se comporta. "

Esta técnica nos dá informações sobre a mudança nos componentes da bateria durante a operação de uma bateria de íon de sódio, que atualmente não estão disponíveis para nós por meio de outras técnicas. Isso nos permitirá identificar métodos para detectar mecanismos de falha à medida que acontecem, dando-nos insights sobre como fabricar baterias de vida mais longa e de alto desempenho.

As técnicas usadas pela equipe foram inicialmente projetadas em colaboração com pesquisadores do Sir Peter Mansfield Imaging Centre da University of Nottingham, financiado pelo Birmingham-Nottingham Strategic Collaboration Fund. Este projeto teve como objetivo desenvolver a varredura de ressonância magnética de isótopos de sódio como uma técnica de imagem médica e a equipe foi capaz de adaptar esses protocolos para uso em imagens de bateria. O desenvolvimento de novos materiais e caracterização analítica é o foco principal do Centro de Armazenamento de Energia de Birmingham e do Centro de Elementos Críticos e Materiais Estratégicos de Birmingham no Instituto de Energia de Birmingham.