A nova tecnologia de bateria da Universidade de Michigan deve ser capaz de evitar o tipo de incêndio que causou o dano ao Boeing 787 Dreamliners em 2013.

A inovação é uma barreira avançada entre os eletrodos em uma bateria de íon-lítio.

Feito com nanofibras extraídas de Kevlar, o material resistente em coletes à prova de balas, a barreira sufoca o crescimento de gavinhas de metal que podem se tornar caminhos indesejados para a corrente elétrica.

Uma equipe de pesquisadores da U-M também fundou a Elegus Technologies, com base em Ann Arbor, para trazer essa pesquisa do laboratório para o mercado. A produção em massa está prevista para começar no quarto trimestre de 2016.

"Ao contrário de outros materiais ultra fortes, como nanotubos de carbono, Kevlar é um isolante, "disse Nicholas Kotov, o Joseph B. e Florence V. Cejka Professor de Engenharia. "Esta propriedade é perfeita para separadores que precisam evitar curto-circuito entre dois eletrodos."

As baterias de íon de lítio funcionam transportando íons de lítio de um eletrodo para o outro. Isso cria um desequilíbrio de carga, e uma vez que os elétrons não podem atravessar a membrana entre os eletrodos, em vez disso, passam por um circuito e fazem algo útil no caminho.

Mas se os buracos na membrana forem muito grandes, os átomos de lítio podem construir-se em estruturas semelhantes a samambaias, chamados dendritos, que eventualmente cutucam a membrana. Se eles atingirem o outro eletrodo, os elétrons têm um caminho dentro da bateria, colocando o circuito em curto. É assim que se pensa que os disparos da bateria do Boeing 787 começaram.

"O formato da samambaia é particularmente difícil de parar por causa de sua ponta em nanoescala, "disse Siu On Tung, um estudante de graduação no laboratório de Kotov, bem como diretor de tecnologia da Elegus. "Era muito importante que as fibras formassem poros menores do que o tamanho da ponta."

Embora a largura dos poros em outras membranas seja de algumas centenas de nanômetros, ou algumas centenas de milésimos de centímetro, os poros na membrana desenvolvida em U-M têm 15 a 20 nanômetros de diâmetro. Eles são grandes o suficiente para permitir a passagem de íons de lítio individuais, mas pequeno o suficiente para bloquear as pontas de 20 a 50 nanômetros das estruturas da samambaia.

Os pesquisadores criaram a membrana colocando as fibras umas sobre as outras em folhas finas. Este método mantém as moléculas em forma de cadeia no plástico esticadas, que é importante para uma boa condutividade de íons de lítio entre os eletrodos, Disse Tung.

"A característica especial deste material é que podemos torná-lo muito fino, para que possamos obter mais energia no mesmo tamanho de célula de bateria, ou podemos diminuir o tamanho da célula, "disse Dan VanderLey, um engenheiro que ajudou a fundar a Elegus por meio do programa de Mestrado em Empreendedorismo da U-M. "Vimos muito interesse de pessoas que procuram fazer produtos mais finos."

Trinta empresas solicitaram amostras do material.

A resistência ao calor do Kevlar também pode levar a baterias mais seguras, já que a membrana tem uma chance melhor de sobreviver a um incêndio do que a maioria das membranas atualmente em uso.

Embora a equipe esteja satisfeita com a capacidade da membrana de bloquear os dendritos de lítio, Atualmente, eles estão procurando maneiras de melhorar o fluxo de íons de lítio soltos para que as baterias possam carregar e liberar sua energia mais rapidamente.

O estudo, "Um condutor de íons sólidos supressor de dendrito a partir de nanofibras de aramida, "aparecerá online em 27 de janeiro em Nature Communications .