Pesquisadores da Universidade Metropolitana de Tóquio demonstraram que a espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) pode ser uma poderosa ferramenta não destrutiva para estudar os mecanismos de degradação de baterias de metal de lítio em estado sólido. Eles estudaram baterias de metal Li de estado sólido à base de cerâmica preparadas por deposição de aerossol e aquecimento, identificando a interface específica responsável pela queda no desempenho. Publicado em Materiais e interfaces aplicados ACS , seu trabalho destaca com precisão os obstáculos de engenharia que precisam ser superados para trazer essas baterias de primeira classe para o mercado.
Os veículos elétricos (VEs) são uma parte crucial dos esforços em todo o mundo para reduzir as emissões de carbono. E no coração de cada EV está sua bateria. O design da bateria continua sendo um gargalo importante quando se trata de maximizar a autonomia e melhorar a segurança do veículo. Uma das soluções propostas, as baterias de metal de lítio de estado sólido, tem o potencial de fornecer maior densidade de energia, segurança e menor complexidade, mas problemas técnicos continuam a dificultar sua transição para veículos do dia a dia.

Um grande problema é a grande resistência interfacial entre eletrodos e eletrólitos sólidos. Em muitos projetos de bateria, os materiais catódicos e eletrolíticos são cerâmicas frágeis; isso dificulta o bom contato entre eles. Há também o desafio de diagnosticar qual interface está realmente causando problemas. Estudar a degradação em baterias de metal de lítio de estado sólido geralmente requer que elas sejam abertas:isso torna impossível descobrir o que está acontecendo enquanto a bateria está funcionando.

Uma equipe liderada pelo professor Kiyoshi Kanamura da Universidade Metropolitana de Tóquio está desenvolvendo baterias de metal Li de estado sólido com menor resistência interfacial usando uma técnica chamada deposição de aerossol. Pedaços microscópicos de material catódico são acelerados em direção a uma camada de material eletrolítico cerâmico onde colidem e formam uma camada densa.

Para superar o problema da formação de rachaduras na colisão, a equipe revestiu os pedaços de material catódico com um material "soldado", ou seja, um material mais macio e de baixo ponto de fusão que pode ser tratado termicamente para gerar um excelente contato entre o cátodo recém-formado e o eletrólito. Seu último estado sólido Li/Li₇ La₃ Zr₂ O₁₂ /LiCoO₂ célula oferece uma alta capacidade de descarga inicial de 128 mAh g ^-1 a 0,2 e 60 °C e mantém uma retenção de alta capacidade de 87% após 30 ciclos de carga/descarga. Este é o melhor resultado da categoria para baterias de metal Li de estado sólido com eletrólitos de óxido cerâmico, tornando ainda mais importante entender como elas podem se degradar.

Aqui, a equipe usou espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS), uma ferramenta de diagnóstico amplamente utilizada em eletroquímica. Ao interpretar como a célula responde a sinais elétricos de diferentes frequências, eles podem separar as resistências do intervalo de diferentes interfaces em sua bateria. No caso de sua nova célula, eles descobriram que um aumento de resistência entre o material do cátodo e a solda era a principal razão para o declínio da capacidade da célula. É importante ressaltar que eles conseguiram isso sem destruir a célula. Eles também foram capazes de fazer backup disso usando microscopia eletrônica in situ, identificando claramente a rachadura da interface durante o ciclo.

As inovações da equipe não apenas perceberam um design de bateria de ponta, mas também destacaram os próximos passos para fazer melhorias adicionais usando um método amplamente disponível e livre de danos. Seu novo paradigma promete novos avanços empolgantes para baterias na próxima geração de EVs. + Explorar mais

Líquidos iônicos causam impacto nas baterias de metal de lítio de estado sólido de última geração