As baterias de íon de lítio são um pouco famosas por seu baixo desempenho em climas frios, e isso tem consequências para algumas de suas aplicações mais importantes – desde ligar um carro elétrico no inverno de Wisconsin até pilotar um drone em Marte.
Agora, pesquisadores do SLAC National Accelerator Laboratory do Departamento de Energia identificaram um aspecto negligenciado do problema:armazenar baterias de íons de lítio em temperaturas abaixo de zero pode quebrar algumas partes da bateria e separá-las dos materiais ao redor, reduzindo sua capacidade de armazenamento elétrico. .

O cientista do SLAC Yijin Liu e o pós-doutorando Jizhou Li fizeram a descoberta enquanto observavam o desempenho do cátodo em clima frio, a parte dos elétrons da bateria que flui quando está em uso. Estudos iniciais descobriram que o armazenamento de cátodos em temperaturas abaixo de zero graus Celsius levou as baterias a perder até 5% a mais de sua capacidade após 100 cargas do que as baterias armazenadas em temperaturas mais quentes.

Para entender por que, os pesquisadores se voltaram para uma combinação de métodos de análise de raios-X na fonte de luz de radiação síncrotron de Stanford do SLAC e técnicas de aprendizado de máquina nas quais Li vem trabalhando nos últimos anos. A combinação permite que eles identifiquem partículas catódicas individuais – o que significa que a equipe pode estudar milhares de partículas de uma só vez, em comparação com apenas um punhado que eles poderiam identificar apenas com os olhos.

Juntos, esses métodos revelaram que as temperaturas frias estavam encolhendo as partículas semelhantes a almôndegas dentro do cátodo e, no processo, as quebrando – ou tornando as rachaduras existentes ainda piores, disse Liu. E, como os materiais diferem na maneira como se expandem e se contraem em resposta às mudanças de temperatura, o frio extremo também estava separando os cátodos dos materiais circundantes.

Os resultados apontam para algumas possíveis correções, disse Liu. Ao procurar materiais de bateria que correspondam melhor em termos de resposta à temperatura, os cientistas podem resolver o problema do desprendimento. Fazer isso também pode ajudar a melhorar outras baterias, já que todas as baterias se expandem e se contraem à medida que aquecem e esfriam. E ao projetar diferentes estruturas de partículas dentro de uma bateria – principalmente, construindo-as a partir de partículas mais suaves e menos parecidas com almôndegas – os pesquisadores podem ajudar a evitar rachaduras e melhorar a capacidade da bateria de íons de lítio a longo prazo.