p Um grupo de pesquisa produziu novos insights sobre a liberação de oxigênio em baterias de íon-lítio, abrindo caminho para baterias de alta densidade de energia mais robustas e seguras. p As baterias da próxima geração que armazenam mais energia são essenciais para que a sociedade atinja os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável da ONU e realize a neutralidade de carbono. Contudo, quanto maior a densidade de energia, quanto maior a probabilidade de fuga térmica - o superaquecimento das baterias que às vezes pode resultar na explosão de uma bateria.

p O oxigênio liberado do material ativo do cátodo é um gatilho para a fuga térmica, no entanto, nosso conhecimento desse processo é insuficiente.

p Pesquisadores da Tohoku University e do Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI) investigaram o comportamento da liberação de oxigênio e relacionaram as mudanças estruturais do material catódico para baterias de íon-lítio LiNi _1/3 Co _1/3 Mn _1/3 O ₂ (NCM111). O NCM111 atuou como um modelo de material de bateria à base de óxido por meio de titulação coulométrica e difração de raios-X.

p Os pesquisadores descobriram que o NCM111 aceita 5 mol% de liberação de oxigênio sem se decompor e que a liberação de oxigênio induziu desordem estrutural, a troca de Li e Ni.

p Quando o oxigênio é liberado, reduz os metais de transição (Ni, Co e Mn em NCM111), diminuindo sua capacidade de manter uma carga equilibrada nos materiais.

p Para avaliar isso, o grupo de pesquisa utilizou espectroscopia de absorção de raio X suave no BL27SU SPring-8 - uma instalação de radiação síncrotron em grande escala operada pela JASRI no Japão.

p Eles observaram Ni seletivo ³⁺ redução no NCM111 no estágio inicial da liberação de oxigênio. Após o término da redução de Ni, Co ³⁺ diminuiu, enquanto Mn ⁴⁺ permaneceu invariante durante 5 mol% de liberação de oxigênio.

p "Os comportamentos de redução sugerem fortemente que NI (Ni ³⁺ ) aumenta significativamente a liberação de oxigênio, "disse Takashi Nakamura, co-autor do artigo.

p Para testar essa hipótese, Nakamura e seus colegas prepararam NCM111 modificado contendo mais Ni ³⁺ do que o NCM111 original. Para sua surpresa, eles descobriram que o NCM111 exibia uma liberação de oxigênio muito mais severa do que o esperado.

p Com base nisso, o grupo de pesquisa propôs que os metais de transição de alta valência desestabilizam o oxigênio da rede em materiais de bateria à base de óxido.

p "Nossas descobertas contribuirão para o desenvolvimento de baterias de alta densidade de energia e robustas de próxima geração compostas de óxidos de metais de transição, "disse Nakamura.