Ensaios não destrutivos de baterias: novo método desenvolvido

Como funciona uma pilha recarregável? Uma pilha armazena energia eléctrica sob a forma química. No seu interior encontram-se dois eléctrodos metálicos e um meio chamado eletrólito. Durante a descarga, ocorrem reacções químicas nas quais as partículas carregadas migram para o interior, enquanto os electrões fluem através do circuito externo, fornecendo energia eléctrica. Numa bateria recarregável, este processo pode ser invertido: o carregamento reinicia os processos químicos para que o dispositivo de armazenamento de energia possa ser utilizado novamente. Ao longo de muitos ciclos de carregamento, o eletrólito altera-se, envelhece ou pode ter fugas, o que pode levar a que a bateria se torne inutilizável ou, no pior dos casos, até representar um perigo devido à geração de calor ou explosão.

"Atualmente, faltam métodos fiáveis para testar de forma não destrutiva o estado da bateria, uma vez que a quantidade e a composição química do eletrólito não podem ser determinadas através do invólucro utilizando técnicas convencionais. É exatamente aqui que entra a nossa investigação", diz a coautora Dr.ª Anne Fabricant, que esteve envolvida nas experiências no Instituto Helmholtz de Mainz (HIM) e no Physikalisch-Technische Bundesanstalt em Berlim. "Examinamos as pilhas utilizando a chamada ressonância magnética de campo zero a ultra-baixo. Para esta técnica, os invólucros são transparentes, o que nos permite ver o seu interior". Nesta técnica de diagnóstico, também conhecida por RMN ZULF, a ressonância magnética nuclear é medida sem a influência de um forte campo magnético externo.

"Nos nossos testes, conseguimos demonstrar a deteção direta e a quantificação dos componentes do solvente e do sal de lítio dos electrólitos comerciais através de invólucros metálicos de baterias", explica o Professor Dmitry Budker, que trabalha no HIM e na Universidade Johannes Gutenberg de Mainz e é um dos campeões do método ZULF NMR. "Tratava-se de células de bateria embaladas de forma realista, incluindo as chamadas geometrias de células de bolsa utilizadas em veículos eléctricos. Assim, provámos o conceito e abrimos caminho para uma aplicação prática da tecnologia."

No futuro, a RMN ZULF poderá ser utilizada para testar a integridade das baterias recarregáveis durante o funcionamento, como parte das medições operando. Um tópico de importância crescente, uma vez que estas baterias têm muitas utilizações, por exemplo, em pequenos dispositivos móveis como telemóveis e computadores portáteis, mas também em grande escala em veículos eléctricos. São particularmente relevantes para o armazenamento de energias renováveis. Além disso, as medições permitem uma compreensão mais profunda dos processos electroquímicos e o desenvolvimento de tecnologias de células de bateria da próxima geração.

"A capacidade de caraterizar de forma não destrutiva o volume e a composição do eletrólito apoia a conceção de baterias de qualidade superior e serve como uma ferramenta vital de controlo de qualidade ao longo do ciclo de vida de uma célula", afirma o Professor Alexej Jerschow, da Universidade de Nova Iorque, um dos principais colaboradores do projeto, que recebeu o Prémio de Investigação Carl-Zeiss-Humboldt.

A equipa de investigação do Professor Budker está a planear outras experiências para melhorar o diagnóstico. "Temos muitas ideias sobre como podemos tornar a deteção mais precisa e mais rápida, como podemos examinar baterias maiores e como o processo pode ser mais rentável", diz Budker. "Estou convencido de que, a longo prazo, esta tecnologia irá encontrar o seu lugar ao lado de outros métodos de diagnóstico mais invasivos."