p As baterias de íon de lítio (LIBs) são um tipo comum de bateria recarregável. Sua natureza versátil e inúmeras aplicações em todos os tipos de dispositivos eletrônicos - de telefones celulares a carros - fazem com que pareçam bons demais para ser verdade. E talvez sejam:recentemente, houve um aumento no número de incidentes relacionados a incêndios associados a LIBs, especialmente durante o carregamento, causando sérias preocupações sobre sua segurança. Os cientistas agora sabem que esses incidentes podem ser causados ​​pelo uso de um carregador quebrado ou não autorizado. Muitas vezes, o uso impróprio desses carregadores e a sobrecarga podem levar à formação de estruturas pontiagudas no eletrodo negativo da bateria, chamados de "dendritos de lítio (Li), "que penetram na barreira entre os eletrodos negativo e positivo e causam um curto-circuito. Assim, ver exatamente como ocorre a formação de dendritos é crucial para melhorar a segurança dos LIBs. p Cientistas da Universidade de Okayama, liderado pelo professor associado Kazuma Gotoh, recentemente deu um passo nessa direção, em um novo estudo publicado em Journal of Materials Chemistry A . Eles investigaram o mecanismo preciso de formação de dendritos em LIBs, no esforço de superar suas limitações e facilitar sua aplicação prática. Dr. Gotoh explica, "Queríamos analisar a formação de dendritos metálicos em baterias secundárias (recarregáveis) e contribuir para melhorar a segurança das baterias."

p Estudos anteriores que tentaram entender o processo de formação de dendritos de Li tiveram algum sucesso:eles revelaram que quando a bateria está em um estado de sobrecarga, a formação de dendritos ocorre na fase de superlitiação do ciclo da bateria. Mas, esses experimentos foram realizados ex situ (fora do ambiente eletroquímico real), e, portanto, o tempo exato de início da formação de dendritos não foi encontrado. Em seu novo estudo, Dr. Gotoh e sua equipe decidiram superar essa limitação. Eles descobriram que, aplicando métodos operando (que replicam o ambiente eletroquímico) a uma técnica analítica chamada ressonância magnética nuclear (NMR), eles podem rastrear com precisão os átomos de Li na estrutura interna dos materiais, o que não é possível ao usar métodos ex situ.

p Usando esta técnica, a equipe já havia conseguido observar os estados sobrecarregados de dois tipos de eletrodos negativos - eletrodos de grafite e carbono duro - na fase de sobre-litiação de um LIB. No novo estudo, eles levaram isso para o próximo nível, observando o estado desses eletrodos durante o processo de litiação e delitiação (o ciclo de carga e descarga da bateria). Sua análise de NMR os ajudou a rastrear o tempo de início preciso da formação de dendritos e deposição de Li na bateria sobrecarregada, para eletrodos de grafite e carbono duro. Em grafite, eles descobriram que os dendritos de Li se formaram logo após a fase totalmente litiada do eletrodo ocorrer. No eletrodo de carbono duro - em contraste - eles observaram que os dendritos se formam apenas depois que aglomerados quasimetálicos de Li ocorrem nos poros do carbono duro. Assim, os cientistas deduziram que quando a bateria está sobrecarregada, a formação de aglomerados quasimetálicos de Li atua como um buffer para a formação de dendritos de Li em eletrodos de carbono duro. Eles até aplicaram a mesma análise a outro tipo de bateria recarregável, chamada bateria de íon de sódio (NIB), e encontrou resultados semelhantes. Dr. Gotoh explica, "Descobrimos que alguns materiais de carbono com poros internos (como o carbono amorfo) têm um efeito tampão para a deposição de dendritos de Li e Na durante a sobrecarga das baterias. Este conhecimento terá um papel importante na garantia da segurança de LIBs e NIBs."

p Ao revelar os meandros dos mecanismos de formação de dendritos em LIBs e NIBs, O Dr. Gotoh e sua equipe fornecem informações úteis sobre a segurança deles. Na verdade, os cientistas estão otimistas de que suas descobertas possam ser aplicadas a outros tipos de baterias recarregáveis ​​no futuro. Dr. Gotoh conclui, "Nossas descobertas podem ser aplicadas não apenas a LIBs e NIBs, mas também a baterias secundárias de próxima geração, como todas as baterias de estado sólido. Este é um passo importante para tornar sua aplicação prática mais fácil."

p Com as descobertas deste novo estudo, podemos esperar que possivelmente estejamos um passo mais perto de realizar nosso sonho de recursos de energia verdadeiramente sustentáveis.