p O progresso nas baterias de íon de lítio (Li-ion) tornou todos os tipos de dispositivos portáteis viáveis ​​e alimentou o crescimento da eletrônica. Contudo, as desvantagens intrínsecas das baterias convencionais de íon-lítio, cujas células usam uma solução de eletrólito líquido, torná-los não inteiramente adequados para aplicações muito esperadas, como veículos elétricos. Essas limitações incluem durabilidade limitada, baixa capacidade, problemas de segurança, e preocupações ambientais sobre sua toxicidade e pegada de carbono. Felizmente, os cientistas estão agora se concentrando na solução de próxima geração para todos esses problemas:baterias totalmente sólidas. O uso de um eletrólito sólido torna este tipo de bateria mais seguro e capaz de reter uma maior densidade de potência. p Contudo, um problema chave dessas baterias é a alta resistência encontrada na interface eletrólito-eletrodo, o que reduz a produção de baterias totalmente sólidas e evita que sejam carregadas rapidamente. Um mecanismo discutido por trás dessa alta resistência de interface é o efeito de camada dupla elétrica (EDL), que envolve a coleta de íons carregados de um eletrólito na interface com um eletrodo. Isso produz uma camada de carga positiva ou negativa, que por sua vez faz com que a carga do sinal oposto se acumule em todo o eletrodo em uma densidade igual, criando uma camada dupla de cargas. O problema de detectar e medir o EDL em baterias totalmente sólidas é que os métodos convencionais de análise eletroquímica não dão certo.

p Na Universidade de Ciência de Tóquio, Japão, cientistas liderados pelo professor associado Tohru Higuchi resolveram esse enigma usando uma metodologia completamente nova para avaliar o efeito EDL em eletrólitos sólidos de baterias totalmente em estado sólido. Este estudo, publicado online na Nature's Química da Comunicação , foi conduzido em colaboração com Takashi Tsuchiya, Pesquisador principal do Centro Internacional de Nanoarquitetura de Materiais (MANA), Instituto Nacional de Ciência de Materiais, Japão, e Kazuya Terabe, Investigador principal MANA na mesma organização.

p O novo método gira em torno de transistores de efeito de campo (FETs) feitos com diamante hidrogenado e um eletrólito sólido à base de Li. Os FETs são um transistor de três terminais no qual a corrente entre os eletrodos da fonte e do dreno pode ser controlada pela aplicação de uma tensão no eletrodo da porta. Esta voltagem, graças ao campo elétrico gerado na região do semicondutor do FET, controla a densidade de elétrons ou lacunas ('vacâncias de elétrons' com uma carga positiva). Ao explorar essas características e usar canais de diamante quimicamente inertes, os cientistas descartaram efeitos de redução-oxidação química que afetam a condutividade do canal, deixando apenas as cargas eletrostáticas acumuladas graças ao efeito EDL como a causa necessária.

p De acordo, os cientistas realizaram medições do efeito Hall, que são sensíveis a portadores carregados apenas na superfície dos materiais, nos eletrodos de diamante. Eles usaram diferentes tipos de eletrólitos à base de Li e investigaram como sua composição afetava o EDL. Por meio de suas análises, eles revelaram um aspecto importante do efeito EDL:ele é dominado pela composição do eletrólito na vizinhança imediata da interface (cerca de cinco nanômetros de espessura). O efeito EDL pode ser suprimido em várias ordens de magnitude se o material eletrolítico permitir reações de redução-oxidação que dão lugar à compensação de carga. "Nossa nova técnica se mostrou útil para revelar aspectos do comportamento de EDL na vizinhança de interfaces de eletrólitos sólidos e ajudou a esclarecer os efeitos das características da interface no desempenho de baterias de íon-lítio totalmente sólidas e outros dispositivos iônicos, "destaca o Dr. Higuchi.

p A equipe agora planeja usar seu método para analisar o efeito EDL em outros materiais eletrolíticos, na esperança de encontrar pistas sobre como reduzir a resistência interfacial em baterias de última geração. "Esperamos que nossa abordagem leve ao desenvolvimento de baterias totalmente de estado sólido com desempenho muito alto no futuro, "conclui o Dr. Higuchi. Além disso, compreender melhor o EDL também ajudará no desenvolvimento de capacitores, sensores, e dispositivos de memória e comunicação. Esperemos que explorar este fenômeno complexo se torne mais fácil para outros cientistas para que o campo dos dispositivos iônicos de estado sólido continue avançando.