p A corrida para produzir seguros, baterias de lítio de estado sólido poderosas e acessíveis estão se acelerando e os anúncios recentes sobre pesquisas revolucionárias usando um eletrólito sólido de cerâmica não inflamável conhecido como granada têm alguns na corrida chamando-o de revolucionário. p "Esta é uma mudança de paradigma no armazenamento de energia, "disse Kelsey Hatzell, professor assistente de engenharia mecânica. Um artigo - "O efeito da conectividade de poros na propagação de dendrito de lítio dentro de eletrólitos LLZO observados com tomografia de raios-X síncrotron" - descrevendo sua nova pesquisa sobre os pontos de falha de um eletrólito de granada foi publicado online em março na American Chemical Society's Cartas de energia , que estava entre os artigos da ACS Letters mais lidos naquele mês.

p As baterias de íons de lítio normalmente contêm um eletrólito orgânico líquido que pode pegar fogo. O risco de incêndio é eliminado pelo uso de um eletrólito à base de granada não inflamável. Substituir eletrólitos líquidos por um sólido orgânico, como granada, também reduz potencialmente o custo, aumentando a vida útil da bateria.

p "Baterias de estado sólido são desejáveis ​​para veículos totalmente elétricos e outras aplicações onde o armazenamento de energia e a segurança são fundamentais, "Hatzell disse.

p A equipe de Hatzell testou Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ - Lítio lantânio Óxido de zircônio ou LLZO - um material do tipo granada que mostra uma grande promessa para aplicações de baterias de estado sólido devido à sua alta condutividade de íons de lítio e sua compatibilidade com metal de lítio.

p "Compreender os mecanismos de falha dentro desses sistemas eletrolíticos é fundamental para projetar sistemas eletrolíticos sólidos resilientes, "disse Hatzell." A principal limitação do LLZO é a propensão para eventos de curto-circuito em baixas densidades de corrente. "

p O estudo de Hatzell rastreia mudanças estruturais no LLZO após eventos realistas de carga e descarga usando tomografia de raios-X síncrotron. Esta técnica permite que os pesquisadores olhem dentro da bateria e visualizem recursos estruturais 3D com resoluções submícron.

p "A maioria das técnicas que geram imagens de lítio em um eletrólito sólido são feitas de forma destrutiva ou ex situ usando técnicas de varredura eletrônica ou microscopia óptica. Testar o material em condições mais realistas usando ferramentas síncrotron nos permite sondar interfaces enterradas, "disse Hatzell, cujos co-autores são Fengyu Shen, um pós-doutorado, e os alunos de pós-graduação Xianghui Xiao e Marm Dixit.

p "Há apenas um punhado de síncrotrons e fontes de nêutrons no mundo. Marm foi um dos 60 alunos de graduação selecionados para a Escola Nacional de Espalhamento de Nêutrons e Raios-X de 2017." Como parte desse programa, ele passou uma semana na Oak Ridge National Lab e uma semana no Argonne National lab, "Hatzell disse.

p A Fonte Avançada de Fótons da Argonne e a Fonte de Nêutrons de Espalação e Reator de Isótopos de Alto Fluxo do ORNL permitem o estudo em nanoescala de materiais avançados e interações. Dixit foi capaz de trabalhar e aprender técnicas de caracterização de síncrotron de cientistas e especialistas renomados. A equipe de Hatzell conduziu todos os seus testes em Argonne.

p "Esses resultados podem informar o projeto de materiais para a próxima geração de todos os sistemas de bateria de estado sólido. Os resultados concluíram que a presença de vazios ou poros conectados levou a uma taxa de falha mais alta, "Hatzell disse.

p "Embora ainda haja muita pesquisa a ser feita para trazer os dispositivos de estado sólido para o mercado, sua promessa para aplicações em baterias de alta densidade de energia e aplicações em veículos elétricos está despertando muito interesse em todo o mundo. "