Prevenção de curto-circuitos perigosos em baterias de lítio
Investigadores revelam um crescimento surpreendente de dendritos destrutivos em electrólitos
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Os dendritos são considerados os destruidores mais perigosos das baterias de lítio - pequenas estruturas metálicas que podem causar curto-circuitos. No pior dos casos, podem provocar o incêndio ou a explosão das baterias. Uma equipa de investigação da Universidade Técnica de Munique (TUM) descobriu agora que essas estruturas podem formar-se não só nos eléctrodos, mas também em electrólitos à base de polímeros. Esta nova descoberta é crucial para a estabilidade das futuras baterias de estado sólido.
As baterias de lítio-metal estão entre as tecnologias mais promissoras para o armazenamento de energia. Oferecem significativamente mais energia em menos espaço - e com um peso inferior. No entanto, há um fenómeno que atrasa o seu desenvolvimento: estruturas metálicas minúsculas, semelhantes a agulhas, chamadas dendrites, feitas de lítio. Estas podem crescer descontroladamente no interior da bateria e causar curto-circuitos devastadores. Até agora, os electrólitos sólidos, incluindo os electrólitos à base de polímeros, têm sido considerados uma forma de suprimir este crescimento.
"Os electrólitos são responsáveis pelo transporte de iões de lítio para trás e para a frente entre os dois eléctrodos dentro de uma bateria - tornando possível o fluxo de corrente", explica Fabian Apfelbeck. O físico está a fazer o seu doutoramento no grupo de investigação do Prof. Peter Müller-Buschbaum na Cátedra de Materiais Funcionais da TUM e é financiado pelo Cluster de Excelência e-conversion.
Os electrólitos à base de polímeros oferecem maior estabilidade e segurança do que os electrólitos líquidos, uma vez que não podem derramar ou incendiar-se. Além disso, separam os eléctrodos uns dos outros de forma fiável, evitando assim os curto-circuitos. "No entanto, as nossas medições mostram que o crescimento de dendrites também pode ocorrer diretamente no interior do eletrólito polimérico - mesmo no material que é suposto proteger contra dendrites", afirma Fabian Apfelbeck, primeiro autor do estudo publicado na Nature Communications.
Usar um nanofoco para ver o interior da bateria
As descobertas, portanto, desafiam um pressuposto central na pesquisa de baterias. O Prof. Peter Müller-Buschbaum explica: Peter Müller-Buschbaum explica: "Até agora, partia-se do princípio de que o crescimento das dendrites ocorria apenas na interface entre o elétrodo e o eletrólito. O facto de também aparecer longe dessa interface surpreendeu-nos. Este novo conhecimento ajuda-nos a desenvolver - e a melhorar ainda mais - materiais em que esses processos internos de cristalização não ocorrem em primeiro lugar - permitindo um armazenamento de energia mais eficiente, mais seguro e mais duradouro."
Os investigadores utilizaram um método particularmente preciso para as suas investigações: as chamadas experiências de dispersão de raios X de ângulo alargado em nanofoco, realizadas no German Electron Synchrotron DESY, em Hamburgo. Utilizando um feixe de raios X com um diâmetro de apenas 350 nanómetros, foi possível visualizar pela primeira vez as alterações microscópicas no interior de um eletrólito à base de polímeros durante o funcionamento da bateria. Para o efeito, utilizaram uma célula em miniatura especialmente desenvolvida que permite observar a bateria em condições reais de funcionamento.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Fabian A. C. Apfelbeck, Gilles E. Wittmann, Morgan P. Le Dû, Lyuyang Cheng, Yuxin Liang, Yingying Yan, Anton Davydok, Christina Krywka, Peter Müller-Buschbaum; "Local crystallization inside the polymer electrolyte for lithium metal batteries observed by operando nanofocus WAXS"; Nature Communications, Volume 16, 2025-10-8
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