Durante décadas, os cientistas acreditaram que o inevitável acúmulo de película nos eletrodos das baterias recarregáveis ​​é responsável pela degradação do desempenho. Mas um estudo recente nos Estados Unidos descobriu que existem outras razões por trás do declínio do desempenho. Uma equipe de pesquisa do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico (PNNL) do Departamento de Energia dos EUA descobriu que o acúmulo de depósitos de metal de lítio em estruturas musgosas ou semelhantes a árvores em eletrodos de bateria não é a causa raiz da degradação do desempenho, mas sim um efeito colateral.

Suas últimas descobertas foram publicadas recentemente na revista Nature Energy.


Seus resultados mostram que a chamada interface de eletrólito sólido (SEI) não é um isolante eletrônico como se pensava anteriormente, mas se comporta como um semicondutor. O SEI atua como um guardião, permitindo que os íons de lítio entrem e saiam livremente do ânodo. Os cientistas há muito se concentram no estudo dessa camada SEI, que apesar de ser mais fina que um pedaço de papel, desempenha um papel importante no desempenho da bateria.

O SEI se forma durante o primeiro ciclo de carga quando a bateria ainda é nova e, idealmente, permanece estável durante a vida útil esperada da bateria. Mas olhar para dentro de uma bateria recarregável envelhecida geralmente revela um grande acúmulo de lítio sólido no eletrodo negativo. Os pesquisadores da bateria acreditam que esse acúmulo leva à degradação do desempenho. Mas anteriormente era impossível medir causa e efeito.

Em suas pesquisas mais recentes, eles resolveram esse problema desenvolvendo uma nova técnica para medir diretamente a condutividade do SEI em sistemas experimentais. A equipe combinou microscopia eletrônica de transmissão com manipulação em nanoescala de agulhas de metal microfabricadas dentro do microscópio. Os pesquisadores então mediram as propriedades elétricas das camadas SEI formadas em cobre ou metal de lítio usando quatro tipos diferentes de eletrólitos.


Ao fazer isso, eles resolveram um mistério de longa data sobre como o SEI funciona na operação com bateria. As medições da equipe mostraram que à medida que a voltagem da célula aumentava, a camada SEI vazava elétrons em todos os casos, tornando-a semicondutora. Além disso, os componentes orgânicos da camada SEI que contêm carbono vazam facilmente elétrons e encurtam a vida útil da bateria.

"Maior condutividade leva a SEI mais espesso e formas complexas de lítio sólido, levando a um pior desempenho da bateria", disse Chongmin Wang, pesquisador do laboratório PNNL e especialista em tecnologia de baterias que co-liderou o estudo.

Neste ponto, os pesquisadores concluíram que minimizar os componentes orgânicos do SEI resultaria em uma vida útil mais longa da bateria.

“Mesmo pequenas mudanças na taxa de condução através do SEI podem levar a enormes diferenças na eficiência e na estabilidade do ciclo da bateria”, acrescentou Wang.