O repórter soube no dia 17 pela Academia Chinesa de Ciências que os pesquisadores chineses fizeram progressos inovadores na pesquisa de baterias de lítio de próxima geração. Eles descobriram que o material do cátodo à base de manganês, rico em lítio, encolherá automaticamente quando aquecido. Essa característica pode realmente ajudar a bateria envelhecida a restaurar sua voltagem e fazer com que a bateria antiga "rejuvenesça".
Esta descoberta não apenas revela o mecanismo de funcionamento do material, mas também fornece uma nova direção para o desenvolvimento de baterias de lítio de próxima geração, mais duráveis e auto-reparáveis. Resultados relevantes da pesquisa foram publicados online na revista Nature.
Diagrama esquemático da relação entre os centros ativos do metal de transição e do oxigênio e a expansão térmica do material. Foto cortesia do Instituto de Tecnologia e Engenharia de Materiais de Ningbo, Academia Chinesa de Ciências
Para resolver a "ansiedade de autonomia" dos veículos elétricos e aeronaves elétricas, é necessário desenvolver a próxima geração de tecnologia de baterias de lítio de alta energia. Os cientistas se concentraram em materiais catódicos ricos em lítio à base de manganês. As baterias fabricadas com ele podem aumentar a capacidade de armazenamento de energia em 30% em comparação com as baterias existentes, o que equivale a expandir diretamente a capacidade de um tanque de combustível em 30%. Além disso, o manganês é mais barato que o cobalto e o níquel, então esse material pode ser chamado de “guerreiro hexagonal”, que é forte e acessível.
Embora o material catódico rico em lítio à base de manganês tenha uma capacidade específica de descarga ultra-alta, como material catódico ativo com oxigênio, ele ainda apresenta um sério problema no uso real: após múltiplas cargas e descargas, a tensão da bateria rica em lítio à base de manganês diminuirá gradualmente e ocorrerá envelhecimento. "Isso ainda torna difícil o uso de baterias ricas em lítio à base de manganês em aplicações práticas. Portanto, como manter a alta densidade de energia e a operação estável a longo prazo desta bateria rica em lítio à base de manganês tornou-se um problema urgente para os cientistas resolverem." Liu Zhaoping, coautor correspondente do artigo e pesquisador do Instituto de Tecnologia e Engenharia de Materiais de Ningbo, Academia Chinesa de Ciências, disse.
Neste estudo, os pesquisadores revelaram uma propriedade interessante do material catódico rico em lítio à base de manganês: ele encolhe quando aquecido. O aquecimento apropriado pode restaurar o material de um estado desordenado para uma estrutura ordenada mais estável e de menor energia, fazendo com que a bateria diminua de tamanho e, portanto, exiba a característica de "contração térmica". "Com base nisso, descobrimos um novo método para alcançar o 'crescimento reverso' de baterias envelhecidas à base de manganês, ricas em lítio, por meios eletroquímicos." Liu Zhaoping disse.
Os revisores da revista Nature elogiaram essa conquista. Ele disse que a equipe de pesquisa descobriu pela primeira vez que a estrutura dos materiais catódicos ricos em lítio à base de manganês pode se transformar de um estado desordenado para um estado ordenado impulsionado pela temperatura ou eletroquímica. Esta descoberta rompe o quadro teórico da transformação estrutural dos materiais de eletrodos tradicionais e abre uma nova direção de pesquisa para a compreensão da relação estrutura-desempenho dos materiais de eletrodo.