Pesquisadores do Karlsruhe Institute of Technology (KIT) e instituições cooperantes estudaram mudanças estruturais durante a síntese de materiais catódicos para futuras baterias de íon-lítio de alta energia e obtiveram novas descobertas importantes sobre mecanismos de degradação. Essas descobertas podem contribuir para o desenvolvimento de baterias de capacidade muito maior, o que aumentaria o alcance dos veículos elétricos. Os resultados são relatados em Nature Communications .

Até aqui, o avanço da mobilidade elétrica foi impedido por distâncias insuficientes de veículos, entre outros. Baterias de íon de lítio com maior capacidade de carga podem ajudar. "Estamos em processo de desenvolvimento de tais sistemas de alta energia, "diz o professor Helmut Ehrenberg, Chefe do Instituto de Materiais Aplicados - Sistemas de Armazenamento de Energia (IAM-ESS). "Com base na compreensão fundamental dos processos eletroquímicos em baterias e no uso inovador de novos materiais, a capacidade de armazenamento das baterias de íon-lítio pode ser aumentada em até 30% em nossa opinião. "No KIT, esta pesquisa é conduzida no Centro de Armazenamento de Energia Eletroquímica Ulm &Karlsruhe (CELEST), a maior plataforma de pesquisa alemã para armazenamento de energia eletroquímica. Ehrenberg é porta-voz adjunto da CELEST.

A tecnologia de íons de lítio de alta energia difere da tecnologia convencional por um material catódico específico. Em vez de óxidos em camadas com proporções variáveis ​​de níquel, manganês, e cobalto que foram usados ​​até agora, materiais ricos em manganês com excesso de lítio são aplicados, que aumentam consideravelmente a capacidade de armazenamento de energia por volume / massa de material catódico. Contudo, o uso desses materiais tem sido associado a um problema até agora.

Durante a inserção e extração de íons de lítio, ou seja, funcionamento básico de uma bateria, o material catódico de alta energia se degrada. Depois de um certo tempo, o óxido em camadas se transforma em uma estrutura de cristal com propriedades eletroquímicas altamente desfavoráveis. Como consequência indesejada, a carga média e a tensão de descarga diminuem desde o início do processo, o que tem impedido o desenvolvimento de baterias de íon-lítio de alta energia adequadas até agora.

Novas descobertas sobre degradação

O mecanismo de degradação exato estava longe de ser totalmente compreendido. Uma equipe de pesquisadores do KIT e instituições cooperantes já descreveu o mecanismo básico em Nature Communications :"Com base em estudos detalhados do material catódico de alta energia, descobrimos que a degradação não ocorre diretamente, mas indiretamente, por meio da formação de uma estrutura de sal-gema contendo lítio, até agora dificilmente notada, "diz Weibo Hua (IAM-ESS), um dos principais autores do estudo. "Além disso, o oxigênio desempenha um papel importante nas reações. "Além desses resultados, o estudo também revela que novas descobertas sobre o comportamento de uma tecnologia de bateria não necessariamente resultam diretamente do processo de degradação. Weibo e os outros cientistas envolvidos fizeram sua descoberta em estudos realizados durante a síntese do material catódico.

Essas descobertas do KIT marcam um marco importante no caminho para baterias de íon-lítio de alta energia para carros elétricos. Eles permitem testes de novas abordagens para minimizar a degradação em óxidos em camadas e iniciar o desenvolvimento adequado deste novo tipo de bateria.