Uma equipe de pesquisa da Washington State University desenvolveu uma maneira de abordar um importante problema de segurança com baterias de metal de lítio - uma inovação que poderia tornar as baterias de alta energia mais viáveis ​​para armazenamento de energia de próxima geração.

Os pesquisadores usaram uma formulação para suas baterias que levou à formação de um único, camada protetora em torno de seu ânodo de lítio, protegendo as baterias da degradação e permitindo que funcionem por mais tempo em condições normais. Liderado por Min-Kyu Song, professor assistente na Escola de Engenharia Mecânica e de Materiais WSU, os pesquisadores relatam o trabalho na revista, Nano Energia .

O metal de lítio é considerado o "material dos sonhos" para baterias, Song disse. Isso porque, entre os materiais sólidos conhecidos, tem a maior densidade de energia, o que significa que as baterias podem durar duas vezes mais e manter mais energia do que as onipresentes baterias de íon-lítio que alimentam a maioria dos eletrônicos modernos. Enquanto as baterias de íon de lítio funcionam passando íons de lítio entre um ânodo de grafite e um cátodo de óxido de lítio e cobalto, o ânodo em uma bateria de metal de lítio é feito de metal de lítio de alta energia.

"Se pudermos usar diretamente o metal de lítio, podemos melhorar drasticamente a densidade de energia das baterias, "Song disse.

Embora as vantagens do metal de lítio sejam conhecidas há décadas, os pesquisadores nunca conseguiram fazê-los funcionar com segurança. Conforme os elétrons viajam entre o ânodo e o cátodo através do circuito externo para alimentar um dispositivo, Dendritos semelhantes a árvores de Natal começam a se formar no metal de lítio. Os dendritos crescem até causar curtos elétricos, incêndios, ou explosões. Mesmo se eles não pegarem fogo, as baterias de metal de lítio também perdem muito rapidamente sua capacidade de carga.

A equipe de pesquisa da WSU desenvolveu uma bateria na qual embalaram dissulfeto de selênio, um produto químico não tóxico usado em shampoo anti-caspa, em uma estrutura de carbono porosa para seu cátodo. Eles adicionaram dois aditivos aos eletrólitos líquidos que são normalmente explorados em baterias de lítio de última geração.

Os dois aditivos trabalharam sinergicamente e formaram uma camada protetora na superfície do metal de lítio que era densa, condutor, e robusto o suficiente para suprimir o crescimento de dendritos, permitindo uma boa estabilidade de ciclo, Song disse. Quando testado em densidades de corrente típicas que as pessoas usariam para eletrônicos, o ânodo de metal de lítio protegido foi capaz de recarregar 500 vezes e manteve a alta eficiência.

"Essa camada protetora única levou a pequenas mudanças morfológicas do ânodo de lítio durante o ciclo e mitigou efetivamente o crescimento de dendritos de lítio e reações colaterais indesejadas, " ele disse.

Os pesquisadores acreditam que sua tecnologia pode ser escalonável e econômica.

"Se comercializado, esta nova formulação tem potencial real, "Song disse." Em comparação com as baterias de estado sólido que ainda estão a anos de distância, você não tem que mudar os procedimentos de fabricação, e isso seria aplicável à indústria real muito mais cedo, abrindo uma rota promissora para o desenvolvimento de baterias de metal de lítio de alta energia com um longo ciclo de vida. "

Os pesquisadores continuam trabalhando na bateria, desenvolver um separador que protegerá ainda mais os materiais da bateria da deterioração e aumentará a segurança sem comprometer o desempenho.