Ver para crer – ou melhor, ver pode ajudar na compreensão, especialmente quando se trata dos mecanismos que sustentam as baterias de íons de lítio. Apesar do uso quase onipresente em telefones celulares, computadores e muito mais, os ambientes eletroquímicos complexos das baterias de íons de lítio permanecem obscuros.
Para entender melhor e melhorar o desempenho da bateria, os pesquisadores examinaram a literatura científica atual e usaram a microscopia eletrônica para examinar mais de perto os mecanismos de transferência de carga e migração de íons de lítio que produzem energia. Este estudo foi publicado em Nano Research Energy .

"As baterias comerciais de íons de lítio são amplamente utilizadas como dispositivos de armazenamento de energia, incluindo veículos elétricos, eletrônicos portáteis e armazenamento de energia em rede", disse Yi Ding, professor da Universidade de Tecnologia de Tianjin. “Energia, potência, taxa de carga-descarga, custo, ciclo de vida, segurança e impacto ambiental devem ser considerados ao adotar baterias de íons de lítio para uma aplicação adequada, mas cada aplicação específica enfrenta uma variedade de desafios diferentes”.

A quantidade de energia armazenada é importante para eletrônicos portáteis, enquanto custo e segurança são mais importantes para veículos elétricos, por exemplo. Custo e segurança também são importantes para as necessidades da rede de energia, mas a densidade de energia se torna menor do que para veículos elétricos. A troca entre esses elementos muda com base na necessidade, mas a capacidade de ajustar o desempenho é limitada pela compreensão incompleta dos materiais usados ​​nas baterias.

"Os materiais dos eletrodos ativos são a principal parcela responsável pela química e desempenho da célula e, em última análise, afetam a comercialização da bateria construída", disse Ding.

"Os desempenhos, como vida útil e densidade de energia, dos sistemas comerciais de materiais de eletrodos existentes ainda precisam ser melhorados, por isso é importante entender as propriedades físicas e químicas inerentes, como evolução/cinética estrutural durante a desincorporação do lítio e a efeito da interface eletrodo-eletrólito no desempenho de baterias de íons de lítio."

Os pesquisadores revisaram os avanços recentes na microscopia eletrônica para ver como as técnicas tradicionais de caracterização se comparam quando se trata de entender as relações estrutura-atividade das baterias comerciais de íons de lítio.

"Ao comparar com o conteúdo de caracterização obtido por técnicas tradicionais de caracterização, como difração de raios-X e espectroscopia de fotoelétrons de raios-X, ilustramos as vantagens e limitações dos microscópios eletrônicos comuns e técnicas avançadas de caracterização microscópica eletrônica recentemente desenvolvidas, como a eletrônica in situ tecnologia de microscopia, nesta pesquisa crítica", disse Ding.

Os pesquisadores examinaram como a microscopia eletrônica avançada e as técnicas de caracterização associadas podem fornecer informações diferentes sobre como, por exemplo, os íons de lítio migram na bateria para produzir carga ou como a transferência de carga pode desencadear o uso de energia.

Eles se concentraram especificamente na dissolução de metais de transição e no mecanismo de transferência de carga no processo de carga-descarga de eletrodos positivos de baterias de íons de lítio; a estrutura e evolução das interfaces cátodo-eletrodo e interfase de eletrólito sólido durante a ciclagem de longo prazo; e o efeito da estrutura e interface do eletrodo na migração de íons de lítio.

A conclusão, de acordo com Ding, é que são necessárias tecnologias de bateria de íon-lítio de próxima geração com melhor custo e benefícios de desempenho.

"Nós propomos a possibilidade de combinar a microscopia eletrônica com outras técnicas para obter informações mais abrangentes", disse Ding, observando que a microscopia eletrônica tem três limitações comuns na avaliação de baterias.

Isso inclui ambientes eletroquímicos inconsistentes entre campos de microscopia eletrônica e baterias reais; janelas de tempo instáveis ​​que podem distorcer os dados relacionados à evolução da amostra; e certas baterias não podem ser avaliadas quantitativamente em nanoescala. “Mesmo com limitações, essas discussões permitem que os pesquisadores obtenham uma compreensão mais profunda de como as baterias comerciais de íons de lítio operam em microescala e fornecem orientação para estratégias de design para baterias práticas de alto desempenho”, observaram os pesquisadores. + Explorar mais

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