Baterias de íon de lítio comumente usadas em produtos eletrônicos de consumo são conhecidas por explodir em chamas quando danificadas ou embaladas incorretamente. Esses incidentes ocasionalmente têm consequências graves, incluindo queimaduras, incêndios em casas e pelo menos um acidente de avião. Inspirado pelo comportamento estranho de alguns líquidos que se solidificam com o impacto, pesquisadores desenvolveram uma maneira prática e barata de ajudar a prevenir esses incêndios.

Eles apresentarão seus resultados hoje no 256º Encontro e Exposição Nacional da American Chemical Society (ACS).

"Em uma bateria de íon de lítio, um pedaço fino de plástico separa os dois eletrodos, "Gabriel Veith, Ph.D., diz. "Se a bateria estiver danificada e a camada de plástico falhar, os eletrodos podem entrar em contato e fazer com que o eletrólito líquido da bateria pegue fogo. "

Para tornar essas baterias mais seguras, alguns pesquisadores, em vez disso, usam um não inflamável, eletrólito sólido. Mas essas baterias de estado sólido exigem uma reformulação significativa do processo de produção atual, Veith diz. Como uma alternativa, sua equipe mistura um aditivo no eletrólito convencional para criar um eletrólito resistente ao impacto. Ele se solidifica quando atingido, evitar que os eletrodos se toquem se a bateria for danificada durante uma queda ou colisão. Se os eletrodos não se tocam, a bateria não pega fogo. Melhor ainda, a incorporação do aditivo exigiria apenas pequenos ajustes no processo de fabricação da bateria convencional.

O momento eureca do projeto veio quando Veith e seus filhos estavam brincando com uma mistura de amido de milho e água conhecida como oobleck. "Se você colocar a mistura em uma bandeja de biscoitos, flui como um líquido até que você comece a cutucá-lo, e então se torna um sólido, "diz Veith, que trabalha no Oak Ridge National Laboratory e é o principal investigador do projeto. Depois que a pressão for removida, a substância se liquefaz novamente. Veith percebeu que poderia explorar esse comportamento reversível de "espessamento por cisalhamento" para tornar as baterias mais seguras.

Esta característica depende de um colóide, que é uma suspensão de minúsculos, partículas sólidas em um líquido. No caso do oobleck, o colóide consiste em partículas de amido de milho suspensas em água. Para o colóide da bateria, Veith e seus colegas em Oak Ridge e na Universidade de Rochester usaram sílica suspensa em eletrólitos líquidos comuns para baterias de íon-lítio. No impacto, as partículas de sílica se aglomeram e bloqueiam o fluxo de fluidos e íons, ele explica. Os pesquisadores usaram perfeitamente esférico, Partículas de sílica com 200 nanômetros de diâmetro, ou essencialmente uma areia superfina. "Se você tem um tamanho de partícula muito uniforme, as partículas se dispersam homogeneamente no eletrólito, e funciona maravilhosamente bem, "Veith diz." Se eles não forem de tamanho homogêneo, então o líquido se torna menos viscoso com o impacto, e isso é ruim. "

Alguns outros laboratórios têm estudado o espessamento por cisalhamento para tornar as baterias mais seguras. Uma equipe relatou anteriormente uma pesquisa com sílica "pirogênica", que consiste em minúsculas partículas irregulares de sílica. Outro grupo relatou recentemente sobre o efeito do uso de partículas de sílica em forma de bastonete. Veith acha que suas partículas esféricas podem ser mais fáceis de fazer do que a sílica em forma de bastão e ter uma resposta mais rápida e mais poder de frenagem no impacto do que a sílica pirogênica.

Um dos grandes avanços da Veith envolve o processo de produção das baterias. Durante a fabricação de baterias de íon de lítio tradicionais, um eletrólito é injetado na caixa da bateria no final do processo de produção, e então a bateria é selada. "Você não pode fazer isso com um eletrólito de cisalhamento porque, no minuto em que você tenta injetá-lo, isso se solidifica, ", diz. Os pesquisadores resolveram colocando a sílica no lugar antes de adicionar o eletrólito. Eles estão buscando a patente da técnica.

No futuro, A Veith planeja aprimorar o sistema para que a parte da bateria danificada em um acidente permaneça sólida, enquanto o resto da bateria continuaria funcionando. A equipe está inicialmente buscando aplicações como baterias de drones, mas eventualmente gostariam de entrar no mercado automotivo. Eles também planejam fazer uma versão maior da bateria, que seria capaz de parar uma bala. Isso pode beneficiar os soldados, que costumam carregar 20 libras de armadura e 9 kg de baterias quando estão em uma missão, Veith diz. "A bateria funcionaria como sua armadura, e isso aliviaria o soldado médio em cerca de 20 libras. "