p Enquanto as baterias de íon de lítio, amplamente utilizado em dispositivos móveis de telefones celulares a laptops, têm uma das mais longas vidas úteis de baterias comerciais hoje, eles também estão por trás de uma série de colapsos e incêndios recentes devido a curto-circuitos em dispositivos móveis. Na esperança de evitar mais desses defeitos perigosos, os pesquisadores da Drexel University desenvolveram uma receita que pode transformar a solução eletrolítica - um componente-chave da maioria das baterias - em uma proteção contra o processo químico que leva a desastres relacionados às baterias. p Yury Gogotsi, PhD, Distinto professor da Universidade e Bach na Faculdade de Engenharia, e sua equipe de pesquisa do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais, publicou recentemente seu trabalho - intitulado "Nanodiamonds Suppress Growth of Lithium Dendrites" - no jornal Nature Communications . Iniciar, eles descrevem um processo pelo qual nanodiamantes - minúsculas partículas de diamante 10, 000 vezes menor que o diâmetro de um fio de cabelo - reduza a deposição eletroquímica, chamado chapeamento, que pode causar curto-circuito perigoso das baterias de íon de lítio.

p À medida que as baterias são usadas e carregadas, a reação eletroquímica resulta no movimento de íons entre os dois eletrodos de uma bateria, que é a essência de uma corrente elétrica. Hora extra, esse reposicionamento de íons pode criar acúmulos semelhantes a gavinhas - quase como estalactites se formando dentro de uma caverna. Esses acúmulos de bateria, chamados dendritos, são uma das principais causas do mau funcionamento da bateria de lítio. À medida que os dendritos se formam dentro da bateria ao longo do tempo, eles podem chegar ao ponto onde empurram o separador, um filme de polímero poroso que evita que a parte carregada positivamente de uma bateria toque a parte carregada negativamente. Quando o separador é violado, um curto-circuito pode ocorrer, o que também pode causar um incêndio, uma vez que a solução eletrolítica da maioria das baterias de íon-lítio é altamente inflamável.

p Para evitar a formação de dendritos e minimizar a probabilidade de incêndio, os projetos atuais das baterias incluem um eletrodo feito de grafite preenchido com lítio em vez de lítio puro. O uso de grafite como hospedeiro para o lítio evita a formação de dendritos. Mas a grafite intercalada com lítio também armazena cerca de 10 vezes menos energia do que o lítio puro. A descoberta feita pela equipe de Gogotsi significa que um grande aumento no armazenamento de energia é possível porque a formação de dendritos pode ser eliminada em eletrodos de lítio puro.

p "A segurança da bateria é uma questão fundamental para esta pesquisa, "Gogotsi disse." Pequenas baterias primárias em relógios usam ânodos de lítio, mas eles são descarregados apenas uma vez. Quando você começa a carregá-los novamente e novamente, os dendritos começam a crescer. Pode haver vários ciclos seguros, mas mais cedo ou mais tarde acontecerá um curto-circuito. Queremos eliminar ou, pelo menos, minimizar essa possibilidade. "

p Gogotsi e seus colaboradores da Universidade Tsinghua em Pequim, e a Hauzhong University of Science and Technology em Wuhan, China, concentraram seu trabalho em tornar os ânodos de lítio mais estáveis ​​e o revestimento de lítio mais uniforme para que os dendritos não cresçam.

p Eles estão fazendo isso adicionando nanodiamantes à solução eletrolítica de uma bateria. Os nanodiamantes têm sido usados ​​na indústria de galvanoplastia há algum tempo como uma forma de uniformizar os revestimentos de metal. Embora sejam muito, muito menor - e mais barato - do que os diamantes que você encontraria na caixa de um joalheiro, os nanodiamantes ainda mantêm a estrutura regular e a forma de seus progenitores caros. Quando eles são depositados, eles deslizam naturalmente juntos para formar uma superfície lisa.

p Os pesquisadores descobriram que essa propriedade é extremamente útil para eliminar a formação de dendritos. No papel, eles explicam que os íons de lítio podem facilmente anexar aos nanodiamantes, então, quando eles estão galvanizando o eletrodo, eles o fazem da mesma maneira ordenada que as partículas de nanodiamante às quais estão ligados. Eles relatam no artigo que a mistura de nanodiamantes na solução de eletrólito de uma bateria de íon de lítio retarda a formação de dendritos em 100 ciclos de carga e descarga.

p Se você pensar nisso como um jogo de Tetris, aquela pilha de blocos incompatíveis avançando perigosamente perto do "fim do jogo" é o equivalente a um dendrito. Adicionar nanodiamantes à mistura é como usar um código de trapaça que desliza cada novo bloco no lugar adequado para completar uma linha e evitar a formação de uma torre ameaçadora.

p Gogotsi observa que a descoberta de seu grupo é apenas o início de um processo que poderia eventualmente ver aditivos eletrolíticos, como nanodiamantes, amplamente utilizado para produzir baterias de lítio seguras com uma alta densidade de energia. Os resultados iniciais já mostram um ciclo de carga-descarga estável por até 200 horas, que é longo o suficiente para uso em algumas aplicações industriais ou militares, mas não é nem de longe adequado para baterias usadas em laptops ou telefones celulares. Os pesquisadores também precisam testar um grande número de células de bateria por um período de tempo longo o suficiente sob várias condições físicas e temperaturas para garantir que os dendritos nunca cresçam.

p "É potencialmente uma mudança de jogo, mas é difícil ter 100 por cento de certeza de que os dendritos nunca crescerão, "Gogotsi disse." Prevemos que o primeiro uso de nossa tecnologia proposta será em aplicações menos críticas - não em telefones celulares ou baterias de automóveis. Para garantir a segurança, aditivos para eletrólitos, como nanodiamantes, precisa ser combinado com outras precauções, como o uso de eletrólitos não inflamáveis, materiais de eletrodo mais seguros e separadores mais fortes. "