p Um novo método desenvolvido para estudar falhas de bateria aponta para a próxima etapa potencial para estender a vida útil e a capacidade da bateria de íon de lítio, abrindo um caminho para um uso mais amplo dessas baterias em conjunto com fontes de energia renováveis p As baterias de íon de lítio alimentam dispositivos móveis e carros elétricos e ajudam a armazenar energia renovável, ainda fontes intermitentes de energia, como eólica e solar. Mas muitos ciclos de carga e descarga levam a falhas da bateria e perda de capacidade, limitando sua vida útil.

p Uma nova técnica de raios-X usada na Fonte Avançada de Fótons do Departamento de Energia dos EUA revelou uma dinâmica surpreendente na nanomecânica de baterias em operação e sugere uma maneira de mitigar falhas de bateria, minimizando a geração de energia elástica.

p Os íons de lítio tensionam o material enquanto se movem entre os eletrodos e podem até alterar sua estrutura, que levam a defeitos. Projetos para eletrodos mais resilientes irão contar com a compreensão fundamental das interações entre íons de lítio e eletrodos dentro da estrutura de uma bateria. Mas, até agora, os cientistas não foram capazes de caracterizar suficientemente o comportamento de uma única nanopartícula em baterias sob condições operacionais reais.

p Usando imagens difrativas de raios-X coerentes, uma equipe de pesquisadores da APS, a Universidade da Califórnia-San Diego, O SLAC National Accelerator Laboratory e o Center for Free-Electron Laser Science mapearam a cepa tridimensional em nanopartículas individuais dentro dos eletrodos de baterias de célula tipo moeda em operação, como aqueles encontrados em relógios. Em um artigo publicado recentemente em Nano Letras , a equipe relatou evidências de que a história dos ciclos de carga altera os padrões de tensão em partículas individuais do material do eletrodo.

p Esta nova abordagem ajudará a revelar os processos fundamentais subjacentes à transferência de carga elétrica, uma visão que pode ajudar a orientar o projeto de baterias econômicas com vida útil mais longa.

p Essa descoberta só foi possível devido à capacidade de estender o uso do CDI para estudar o ciclo de baterias em condições operacionais de leitura.

p A APS é um dos poucos locais onde essa pesquisa pode ser feita.

p "A imagem por Difração Coerente de Bragg (Bragg-CDI) é uma técnica que usa apenas a parte coerente do feixe. Além disso, ele pode escolher nanocristais individuais com base em sua estrutura de cristal, e mapear a evolução da tensão dentro da nanoestrutura à medida que toda a bateria é ciclada ", disse Ross Harder, autor dos artigos e físico de raios-X da APS. "O alto brilho do APS em altas energias de fótons é um requisito necessário para prosseguir este tipo de pesquisa em nanopartículas individuais dentro de sua matriz intacta. A atualização do APS nos permitirá olhar para sistemas em nanoescala desta natureza complexa com ordens de magnitude de velocidade aumentada , sensibilidade e resolução, "disse Jörg Maser, co-autor dos artigos e físico de raios-X da APS.

p Este trabalho foi financiado pelo DOE Office of Science e um Prêmio de Colaboradores Interdisciplinares do Chanceler da UC San Diego. O APS é um DOE Office of Science User Facility no Argonne National Laboratory.

p Hyung-Man Cho e Jong Woo Kim, alunos de pós-graduação em ciência de materiais e engenharia na UC-Davis, Jörg Maser e Ross Harder do Argonne National Laboratory e Jesse Clark do SLAC National Accelerator Laboratory contribuíram para este trabalho, que foi dirigido por UC-Davis Shirley Meng, professor de nanoengenharia e professor de física Oleg Shpyrko.