p As baterias de metal de lítio estão entre os candidatos mais promissores para a tecnologia de armazenamento de energia de alta densidade em uma gama cada vez maior de dispositivos digitais "inteligentes" e veículos elétricos, mas o crescimento descontrolado de dendrito de lítio, o que resulta em baixa capacidade de recarga e riscos de segurança, atualmente tempera seu potencial. p Os dendritos são crescimentos semelhantes a agulhas que aparecem na superfície do metal de lítio, que é usado como ânodo, ou eletrodo negativo, de uma bateria. Eles induzem reações colaterais indesejadas que reduzem a densidade de energia, e na pior das hipóteses, causar curto-circuito nos eletrodos, o que pode causar incêndios ou explosões.

p Nova pesquisa da Arizona State University que envolve o uso de uma camada tridimensional de polidimetilsiloxano (PDMS), ou silicone, já que o substrato de ânodo de metal de lítio foi encontrado para mitigar a formação de dendritos e pode estender drasticamente a vida da bateria e diminuir os riscos de segurança.

p De acordo com Hanqing Jiang, professor da Escola de Engenharia da Matéria da Arizona State University, Transporte e Energia e um pesquisador líder em um artigo publicado em Nature Energy , as descobertas são relevantes para as baterias de íon-lítio e de ar-lítio, bem como implicações para outras baterias baseadas em ânodo de metal.

p "Quase todos os metais usados ​​como ânodos de bateria tendem a desenvolver dendritos, "explicou Jiang." Por exemplo, essas descobertas têm implicações para o zinco, baterias de sódio e de alumínio também. "

p Jiang disse que ele e a equipe de pesquisa, em vez de abordar o problema de uma perspectiva de materiais ou eletroquímica, procurava soluções como engenheiros mecânicos. "Já sabemos que pequenas agulhas ou bigodes de estanho podem sair das superfícies de estanho sob pressão, então, por analogia, examinamos a possibilidade de estresse como um fator no crescimento do dendrito de lítio. "

p A primeira rodada de pesquisa envolveu a adição de uma camada de PDMS na parte inferior do ânodo da bateria. "Houve reduções notáveis ​​no crescimento de dendritos, "disse Jiang. Os pesquisadores descobriram que isso está diretamente relacionado ao fato de que o estresse acumulado no interior do metal de lítio é aliviado pela deformação do substrato do PDMS na forma de" rugas ".

p "Esta é a primeira vez que evidências convincentes mostram que a tensão residual desempenha um papel fundamental na iniciação dos dendritos de lítio, "disse Jiang.

p Além de obter uma compreensão fundamental do mecanismo de crescimento do dendrito de lítio, O grupo de Jiang também descobriu uma maneira inteligente de utilizar o fenômeno para estender a vida útil das baterias de metal de lítio, mantendo sua alta densidade de energia. A solução é dar ao substrato PDMS uma forma tridimensional com muita superfície. "Imagine cubos de açúcar que contêm muitos pequenos poros internos, "explicou Jiang." Dentro desses cubos, o PDMS forma uma rede contínua como substrato, coberto por uma fina camada de cobre para conduzir elétrons. Finalmente, o lítio preenche os poros. O PDMS, que serve como um poroso, camada esponjosa, alivia o estresse e inibe efetivamente o crescimento dos dendritos. "

p "Combinando sinergicamente com outros métodos de supressão de dendrito de lítio, como novos aditivos eletrolíticos, a descoberta tem amplas implicações para tornar as baterias de metal de lítio seguras, alta densidade, solução de armazenamento de energia de longo prazo, "disse o professor Ming Tang, membro da equipe de pesquisa da Rice University. "As aplicações potenciais variam de dispositivos eletrônicos pessoais para alimentar carros elétricos por períodos excepcionalmente mais longos e fornecer energia elétrica de reserva para redes de energia solar."