Uma nova regra quantitativa para a conceção de melhores baterias
A descoberta de um fator-chave permite a conceção numérica de electrólitos para melhorar o desempenho e a segurança das baterias
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Uma equipa de investigação conjunta da Universidade de Osaka e da Daikin Industries, Ltd. identificou um novo indicador crucial para a conceção de baterias avançadas de iões de lítio. Descobriram que o "potencial químico do eletrólito de iões de lítio" - uma medida do grau de "desconforto" de um ião de lítio no eletrólito de uma bateria - determina quantitativamente se uma bateria pode ser carregada e descarregada de forma reversível. Esta descoberta abre caminho a uma mudança do desenvolvimento por tentativa e erro para um processo de conceção racional e baseado em dados para baterias mais seguras e de maior desempenho.
Esquemas das reacções do elétrodo negativo de grafite em vários electrólitos, dependendo do potencial químico do Li+ do eletrólito.
2025, Yasuyuki Kondo et al., Electrolyte Li+ Chemical Potential Correlates with Graphite Negative Electrode Reactions in Lithium-Ion Batteries, Advanced Materials
As baterias de iões de lítio são essenciais para a sociedade moderna, alimentando tudo, desde smartphones a veículos eléctricos. Para melhorar o seu desempenho, os investigadores têm procurado novos electrólitos (o meio líquido que transporta os iões). No entanto, um grande desafio tem sido a falta de uma orientação clara para prever se um novo eletrólito funcionará bem com os eléctrodos negativos de grafite normalmente utilizados nestas baterias. Isto fez com que o desenvolvimento de electrólitos fosse um processo difícil e empírico.
A equipa de investigação revelou que a chave reside no potencial químico do ião de lítio num eletrólito. Para que uma bateria se carregue corretamente, os iões de lítio têm de passar do eletrólito para o elétrodo de grafite. A equipa esclareceu que este processo só ocorre com êxito quando os iões de lítio são suficientemente "instáveis" no eletrólito, ou seja, quando o seu potencial químico é elevado. Esta nova métrica fornece um padrão numérico claro para determinar a adequação de um eletrólito, acabando com as adivinhações. Também demonstraram que um solvente de éter fluorado recentemente desenvolvido, concebido com base neste conceito, permite um excelente desempenho da bateria.
Esta descoberta permite uma conceção racional e altamente eficiente de novos electrólitos. Ao integrar o potencial químico do ião de lítio na informática dos materiais, os investigadores podem prever o desempenho de novos materiais, acelerando drasticamente o processo de desenvolvimento. Isto irá acelerar as melhorias no desempenho, tempo de vida e segurança das baterias utilizadas em infra-estruturas sociais críticas, tais como veículos eléctricos, sistemas de armazenamento de energias renováveis e fontes de alimentação ininterrupta para centros de dados.
"Neste estudo, fizemos mais do que descobrir um novo material", afirma o Dr. Yasuyuki Kondo, principal autor do estudo. "Identificámos o fator que realmente governa as reacções de carga-descarga nas baterias de iões de lítio. Esperamos que as nossas descobertas acelerem a futura investigação e desenvolvimento de baterias e contribuam para resolver os desafios energéticos e económicos do mundo."
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.
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