Em meio aos esforços globais em direção à neutralidade de carbono, as montadoras de todo o mundo estão ativamente engajadas em pesquisa e desenvolvimento para converter veículos com motor de combustão interna em veículos elétricos. Assim, a competição para melhorar o desempenho da bateria, que está no coração dos veículos elétricos, está se intensificando. Desde sua comercialização em 1991, as baterias de íon-lítio detêm uma participação de mercado dominante na maioria dos segmentos de mercado, de pequenos eletrodomésticos a veículos elétricos, graças à melhoria contínua na densidade e eficiência energética. No entanto, alguns fenômenos que ocorrem dentro dessas baterias ainda não são bem compreendidos, como a expansão e deterioração do material do ânodo.
O Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia anunciou que sua equipe liderada pelo Dr. Jae-Pyoung Ahn (Divisão de Recursos de Pesquisa) e Dr. Hong-Kyu Kim (Análise Avançada e Centro de Dados) obteve sucesso na observação em tempo real da expansão e deterioração do material do ânodo dentro das baterias devido ao movimento de íons de lítio. A pesquisa da equipe é publicada em ACS Energy Letters .

O desempenho e a vida útil das baterias de íon-lítio são geralmente afetados por várias mudanças que ocorrem nos materiais dos eletrodos internos durante os processos de carga e descarga. No entanto, é difícil monitorar tais mudanças durante a operação porque os principais materiais da bateria, como eletrodos e eletrólitos, são instantaneamente contaminados quando expostos ao ar. Portanto, a observação e análise precisas das mudanças estruturais no material do eletrodo durante a migração do íon de lítio é o fator mais importante para melhorar o desempenho e a segurança.

Em uma bateria de íons de lítio, os íons de lítio se movem para o ânodo durante o carregamento e se movem para o cátodo durante a descarga. A equipe de pesquisa do KIST obteve sucesso na observação em tempo real de um ânodo composto de silício-grafite, que está sendo estudado para seu uso comercial como uma bateria de alta capacidade. Teoricamente, a capacidade de carga do silício é 10 vezes maior que a do grafite, um material anódico convencional. No entanto, o volume de nanopós de silício quadruplica durante o processo de carregamento, dificultando a garantia de desempenho e segurança. Tem-se a hipótese de que os nanoporos formados durante a mistura dos constituintes de compósitos de silício-grafite podem acomodar a expansão do volume de silício durante o carregamento da bateria, alterando assim o volume da bateria. No entanto, o papel desses nanoporos nunca foi confirmado por observação direta com curvas de voltagem eletroquímicas.

Usando uma plataforma de análise de bateria autoprojetada, a equipe de pesquisa do KIST observou diretamente a migração de íons de lítio para o ânodo composto de silício-grafite durante o carregamento e identificou o papel prático dos nanoporos. Descobriu-se que os íons de lítio migram sequencialmente para o carbono, nanoporos e silício no compósito silício-grafite. Além disso, a equipe de pesquisa observou que os poros de tamanho nano tendem a armazenar íons de lítio (litiação de preenchimento prévio) antes das partículas de lítio-silício (litiação de Si), enquanto os poros de tamanho micro acomodam a expansão do volume de silício como se acreditava anteriormente. Portanto, a equipe de pesquisa sugere que uma nova abordagem que distribua adequadamente poros de tamanho micro e nano para aliviar a expansão do volume de silício, melhorando assim a segurança do material, é necessária para o projeto de materiais de ânodo de alta capacidade para lítio- baterias de íons.

"Assim como o Telescópio Espacial James Webb anuncia uma nova era na exploração espacial, a plataforma de análise de baterias KIST abre novos horizontes na pesquisa de materiais, permitindo a observação de mudanças estruturais em baterias elétricas", disse o Dr. Ahn, chefe da Divisão de Recursos de Pesquisa KIST. . “Planejamos continuar a pesquisa adicional necessária para impulsionar inovações no design de materiais de baterias, observando mudanças estruturais em materiais de baterias que não são afetados pela exposição atmosférica”, disse ele. + Explorar mais

Evitando a perda de lítio em baterias de íons de lítio de alta capacidade