Mais alto, mais rápido, mais longe com baterias de estado sólido
Novas descobertas sobre os efeitos da carga espacial podem melhorar a eficiência
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No futuro, as baterias de estado sólido poderão armazenar eletricidade de forma mais eficiente e segura do que as actuais baterias com electrólitos líquidos. Até à data, as cargas espaciais que se formam nas baterias de estado sólido têm prejudicado o seu desempenho. * As cargas espaciais formam-se principalmente no terminal positivo das baterias. Este facto constitui um ponto de partida para evitar a sua formação através da modificação da estrutura ou do material do elétrodo.
Seja na mobilidade eléctrica ou em sistemas de armazenamento estacionários: As baterias de estado sólido prometem maior capacidade de armazenamento e maior segurança. Isto porque já não utilizam um eletrólito líquido, mas sim um sólido. Por conseguinte, não podem ter fugas e o risco de incêndio, que ocorre muito raramente com as baterias actuais mas é um tema recorrente de discussão, é praticamente inexistente.
Os investigadores analisaram mais pormenorizadamente a zona de carga espacial dentro de uma bateria de lítio. Com as suas investigações, esperam que estas baterias possam tornar-se ainda mais potentes no futuro.
© MPI-P
Resistência na bomba de carga
Investigadores do Instituto Max Planck de Investigação de Polímeros e de universidades japonesas abriram agora a possibilidade de tornar as baterias de estado sólido mais eficientes, num estudo publicado na revista ACS Nano. "Uma bateria é uma espécie de bomba", explica Rüdiger Berger, chefe de grupo do Instituto Max Planck de Investigação de Polímeros. "Os iões, ou seja, os átomos carregados, movem-se no interior, o que tem de ser equilibrado no exterior por um fluxo de electrões e, consequentemente, por um fluxo de corrente". Quando os iões se deslocam no interior da bateria, pode formar-se uma camada de carga espacial nas superfícies limítrofes internas da bateria. Estes repelem os outros iões que se deslocam. Esta camada de carga cria uma resistência adicional e, por conseguinte, perdas no interior da bateria - dificulta tanto o processo de carga como o de descarga.
Como a equipa de Mainz descobriu agora, o efeito ocorre principalmente no elétrodo positivo, onde se forma uma camada de carga com menos de 50 nanómetros de espessura - tão fina como a parte mais fina de uma bolha de sabão. Além disso, estabeleceram quantitativamente que a camada de carga espacial é dinâmica, ou seja, depende do estado de carga da bateria. Esta camada de carga espacial é responsável por cerca de 7% da resistência total da bateria, mas também pode ser muito maior, dependendo dos materiais utilizados para o eletrólito.
Investigação durante o funcionamento
Até agora, pouco se sabia sobre o tamanho desta camada de carga e a sua influência no fluxo de corrente. Várias equipas de investigação em todo o mundo já tinham investigado este efeito em estudos anteriores, mas chegaram a conclusões completamente diferentes sobre a espessura da camada de carga, dependendo do método utilizado.
Por isso, a equipa internacional liderada por Rüdiger Berger utilizou, pela primeira vez, dois métodos microscópicos para investigar onde e como se forma a camada de carga. O desafio consistia em utilizar métodos microscópicos para analisar a camada limite de um modelo de bateria virtualmente durante o funcionamento e em diferentes estados de carga.
Um olhar atento às cargas espaciais
Para o estudo atual, os investigadores analisaram uma bateria modelo de película fina, que tinham construído especificamente para este fim, utilizando, por um lado, a microscopia de força de sonda Kelvin e, por outro, a análise de reacções nucleares. Utilizando a microscopia de força de sonda Kelvin, puderam analisar a secção transversal da pilha - uma pilha aberta, por assim dizer - com uma agulha fina, aprendendo assim mais sobre a influência local da tensão e observando os potenciais eléctricos em tempo real. Utilizando a análise da reação nuclear, detectaram a acumulação de lítio na interface com o terminal positivo da bateria.
"Ambas as técnicas são novas na investigação de baterias e podem também ser utilizadas noutras questões no futuro", explica Taro Hitosugi da Universidade de Tóquio. Os investigadores esperam agora encontrar uma forma de reduzir a resistência e aumentar ainda mais o desempenho das baterias de estado sólido, modificando o material ou a estrutura do elétrodo.
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 Alemão pode ser encontrado aqui.
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