p Cientistas do Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia capturaram as primeiras imagens em nanoescala em tempo real de estruturas dendríticas de lítio conhecidas por degradar baterias de íons de lítio. A microscopia eletrônica da equipe ORNL pode ajudar os pesquisadores a resolver problemas de longa data relacionados ao desempenho e segurança da bateria. p Os dendritos se formam quando o lítio metálico se enraíza no ânodo de uma bateria e começa a crescer desordenadamente. Se os dendritos ficarem muito grandes, eles podem perfurar o divisor entre os eletrodos e causar curto-circuito na célula, resultando em falha catastrófica da bateria.

p Os pesquisadores estudaram a formação de dendritos usando uma célula eletroquímica em miniatura que imita as condições do líquido dentro de uma bateria de íon-lítio. Colocar a célula líquida em um microscópio eletrônico de transmissão de varredura e aplicar voltagem à célula permitiu aos pesquisadores observar como os depósitos de lítio - que começam como uma semente de tamanho nanômetro - cresceram em estruturas dendríticas.

p "Isso nos dá uma visão nanoscópica de como os dendritos nucleados e crescem, "disse Raymond Unocic do ORNL, líder da equipe de microscopia in situ. "Podemos visualizar todo o processo em um microeletrodo de carbono vítreo e observar onde os dendritos preferem nuclear e também rastrear as mudanças morfológicas durante o crescimento." Assista a um vídeo do crescimento do dendrito abaixo.

p Além de gerar imagens das estruturas em alta resolução, a técnica de microscopia da equipe reuniu medições precisas do desempenho eletroquímico da célula. "Essa técnica nos permite acompanhar as mudanças químicas e estruturais de nano-tamanho sutis que ocorrem e, mais importante, correlacionar isso ao desempenho medido de uma bateria, "disse Robert Sacci, Pesquisador de pós-doutorado do ORNL e autor principal do estudo Nano Letters.

p Esta análise em tempo real em um ambiente líquido diferencia a abordagem da equipe ORNL de outros métodos de caracterização.

p "Normalmente, quando você usa uma bateria em muitos ciclos de carga e descarga, você normalmente espera até que as coisas comecem a falhar e, nesse ponto, você executa uma análise da causa raiz da falha, "Unocic disse." Então você vê que há um dendrito - mas e daí? Agora que podemos ver exatamente como os dendritos estão se formando usando nossa técnica, podemos ser proativos e desenvolver estratégias para inibir ou reduzir esses fenômenos. "

p A equipe ORNL acredita que os cientistas que estão experimentando diferentes maneiras de lidar com o problema dos dendritos, como aditivos líquidos ou separadores mais fortes, vai se beneficiar de sua pesquisa.

p "Se você não entende o mecanismo básico de por que as coisas acontecem em seus dispositivos, você sempre estará pensando, 'Por que isso aconteceu e como faço para corrigir isso?' ", Disse Unocic." Até que você desça ao nível microscópico e nanoscópico para observar a evolução estrutural e química que está acontecendo nas células - então você não pode realmente lidar com isso problemas que surgem. "