Testes de penetração de picos em baterias comerciais (acima) e baterias com eletrólito modificado (abaixo)
Prof Yi-Chun Lu, Universidade Chinesa de Hong Kong
A substituição de um dos materiais usados nas baterias de íons de lítio pode evitar incêndios descontrolados que ocorrem se a bateria for perfurada ou dobrada, e a produção em massa dessas baterias mais seguras poderá começar nos próximos anos.
As baterias de íon-lítio usadas em smartphones, laptops e carros elétricos possuem eletrodos de grafite, eletrodos de óxido metálico e um eletrólito de sal de lítio dissolvido em solvente. Os eletrólitos líquidos permitem que os íons fluam em uma direção para carregar baterias e em outra direção para descarregar energia e dispositivos elétricos.
No entanto, se este desenho fosse perfurado de forma a criar um curto-circuito, toda a energia química armazenada no seu interior seria libertada rapidamente, o que poderia causar um incêndio ou mesmo uma explosão.
Os pesquisadores desenvolveram designs alternativos de baterias para evitar tais incêndios, envolvendo géis protetores e até mesmo substituições de eletrólitos líquidos sólidos. Agora, Yue Sol da Universidade Chinesa de Hong Kong e seus colegas criaram um design seguro que pode ser exatamente igual às baterias existentes, graças a mudanças no material eletrolítico.
Os incêndios ocorrem quando íons carregados negativamente, chamados ânions, rompem suas ligações com o lítio da bateria. Quando essas ligações se quebram, elas liberam mais calor e mantêm o ciclo destrutivo em um processo chamado fuga térmica.
Para contornar isso, os pesquisadores criaram um segundo solvente chamado bis (fluorossulfonil) imida de lítio, que se liga ao lítio do solvente existente apenas em temperaturas mais altas, quando a liberação de calor começa a ocorrer. Em contraste com os solventes comuns, a ligação aniônica não pode ocorrer neste novo material e, portanto, não pode produzir um ciclo vicioso de liberação de calor. Quando perfurada com um prego, a temperatura no interior da bateria aumenta apenas 3,5°C, enquanto as baterias convencionais podem aquecer mais de 500°C.
“Os piores são os ânions, que têm muita energia de ligação – e é a quebra dessas ligações que provoca a liberação de calor”, disse Gary Leeke na Universidade de Birmingham, Inglaterra. “Isso isola os bandidos do processo. Este é um grande avanço em termos de segurança da bateria.”
Nos testes, as baterias que utilizam o novo solvente mantiveram 82% da sua capacidade durante 4.100 horas de uso, o que significa que podem competir com a tecnologia atual.
Leeke disse que as descobertas poderiam ser incorporadas às baterias da próxima geração e depois produzidas em massa dentro de três a cinco anos.
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