p (Phys.org) —As baterias de íon de lítio estão no centro energético de quase todas as coisas de tecnologia, de telefones celulares a tablets e veículos elétricos. Isso porque eles são uma tecnologia comprovada, luz, duradouro e poderoso. Mas eles não são perfeitos. p "Você pode tirar sete ou oito horas do seu iPhone com uma carga, talvez um dia, "diz Reza Shahbazian-Yassar, professor associado de engenharia mecânica na Michigan Technological University. "Isso não é suficiente para muitos de nós. Um carro totalmente elétrico, como o Nissan Leaf, pode ir até 100 milhas com uma única carga. Para atrair um mercado de massa, deve ser cerca de 300 milhas. Queremos aumentar a potência desses sistemas. "

p Para extrair mais energia das baterias de íon de lítio, os cientistas estão fazendo experiências com diferentes materiais e designs. Contudo, a ação importante em uma bateria ocorre no nível atômico, e tem sido virtualmente impossível descobrir exatamente o que está acontecendo em tal escala. Agora, Yassar desenvolveu um dispositivo que permite aos pesquisadores espionar íons de lítio individuais - e potencialmente desenvolver a próxima geração de baterias.

p As baterias são muito simples. Eles têm três componentes principais:um ânodo, um cátodo e eletrólito entre os dois. Em baterias de lítio, Os íons de lítio viajam para frente e para trás entre o ânodo e o cátodo à medida que a bateria se descarrega e é carregada novamente. Os ânodos das baterias de íon-lítio são geralmente feitos de grafite, mas os cientistas estão testando outros materiais para ver se eles duram mais.

p "Assim que o lítio se move para um eletrodo, estressa o material, eventualmente resultando em falha, "disse Yassar." É por isso que muitos desses materiais podem ser capazes de conter muito lítio, mas eles acabam quebrando rapidamente.

p "Se pudéssemos observar essas mudanças no eletrodo hospedeiro, principalmente no estágio inicial de carregamento, poderíamos criar estratégias para resolver esse problema. "

p Dez anos atrás, observar elementos leves como lítio ou hidrogênio em nível atômico estaria fora de questão. Agora, Contudo, é possível ver átomos de luz com um microscópio eletrônico de transmissão de varredura com correção de aberração (AC-STEM). A equipe de Yassar conseguiu usar uma cortesia da Universidade de Illinois em Chicago, onde ele é um professor associado visitante.

p Para determinar como o eletrodo hospedeiro muda conforme os íons de lítio entram nele, a equipe construiu uma nanobateria dentro do microscópio AC-STEM usando um novo material de eletrodo promissor, óxido de estanho, ou SnO2. Então, eles assistiram enquanto ele carregava.

p "Queríamos monitorar as mudanças no óxido de estanho na fronteira do movimento de íons de lítio dentro do eletrodo de SnO2, e nós fizemos, "Yassar disse." Pudemos observar como os íons de lítio individuais entram no eletrodo. "

p Os íons de lítio moviam-se ao longo de canais específicos à medida que fluíam para os cristais de óxido de estanho, em vez de caminhar aleatoriamente para os átomos hospedeiros. Com base nesses dados, os pesquisadores foram capazes de calcular a tensão que os íons colocavam nos eletrodos.

p A descoberta levou a indagações de indústrias e laboratórios nacionais interessados ​​em usar sua capacidade de resolução atômica em seu próprio trabalho de desenvolvimento de bateria.

p "É muito emocionante, "Yassar disse." Existem tantas opções de eletrodos, e agora temos essa nova ferramenta que pode nos dizer exatamente o que está acontecendo com eles. Antes, não podíamos ver o que estava acontecendo; estávamos apenas adivinhando. "