Um estudo da Universidade Nacional de Hanbat revela que a desordem catiónica poderá melhorar os cátodos ricos em lítio
As experiências demonstram que uma estrutura desordenada melhora o transporte de lítio, ao mesmo tempo que evita a degradação do desempenho
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Os materiais catódicos ricos em lítio são candidatos promissores para as baterias da próxima geração, uma vez que conseguem armazenar uma quantidade consideravelmente maior de carga do que os materiais utilizados atualmente em veículos elétricos e aparelhos eletrónicos. Uma vez que a capacidade do cátodo é um fator determinante na quantidade de energia que uma bateria consegue armazenar, os materiais ricos em lítio poderão, a longo prazo, conduzir ao desenvolvimento de baterias com maior densidade energética, permitindo que telemóveis, computadores portáteis e veículos elétricos funcionem durante mais tempo com uma única carga.
No entanto, os cátodos ricos em lítio enfrentam um problema de longa data. Durante o carregamento e a descarga, iões de metais de transição, como o níquel e o manganês, podem desviar-se das suas posições originais na estrutura cristalina. Estes iões em migração podem obstruir os caminhos por onde os iões de lítio precisam de passar, abrandando o movimento do lítio e contribuindo para uma perda irreversível de desempenho ao longo de ciclos repetidos. Os cientistas têm, na sua maioria, tentado resolver esta questão preservando uma estrutura cristalina ordenada no cátodo, partindo do princípio de que um arranjo ordenado proporcionaria ao lítio um caminho mais livre para se deslocar. Mas e se a abordagem oposta fosse melhor?
Num estudo recente publicado na revista «Energy Storage Materials», uma equipa de investigação liderada pelo Professor Kyojin Ku, do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade Nacional de Hanbat, na Coreia, explorou esta questão ao perturbar intencionalmente a estrutura atómica de um cátodo rico em lítio. O seu trabalho foi disponibilizado online a 18 de julho de 2026 e publicado no volume 90 da revista a 1 de agosto de 2026.
A equipa centrou-se no Li1,2Ni0,4Mn0,4O₂, uma composição de níquel-manganês que evita metais caros como o cobalto. Esta composição específica forma normalmente uma estrutura em camadas bem organizadas, onde os iões de lítio e de metais de transição (níquel e manganês) se situam em planos separados. Para produzir a forma desordenada pretendida, os investigadores utilizaram moagem esférica de alta energia com dois materiais de partida em camadas estruturalmente compatíveis. Este processo mecanoquímico perturbou a disposição dos catiões, resultando numa estrutura cristalina em que os iões de lítio e de metais de transição se distribuem de forma mais aleatória. «Tanto quanto sabemos, esta é a primeira vez que este tipo de composição é produzido na forma desordenada», observa o Prof. Ku.
Ao compararem o material desordenado com a sua contraparte ordenada, os investigadores descobriram que a versão desordenada apresentava um comportamento de carga e descarga mais simétrico, oferecia maior capacidade e apresentava melhor desempenho sob correntes elevadas. Além disso, demonstrou um funcionamento estável, mantendo cerca de 90 % da sua capacidade inicial após 50 ciclos, sem redução da tensão.
Uma análise teórica e computacional detalhada ajudou a explicar as melhorias observadas. «Ao misturar deliberadamente os átomos numa disposição desordenada do tipo ‘sal-de-rocha’, dissocámos o movimento do lítio do movimento prejudicial dos metais de transição», explica o Prof. Ku. «O lítio continua a fluir eficientemente através de uma rede interligada de vias abertas, enquanto os metais de transição ficam efetivamente bloqueados no seu lugar e já não podem bloquear essas vias.»
Em geral, as descobertas apontam para uma abordagem inovadora e de grande impacto no desenvolvimento de cátodos com maior densidade energética. «Demonstrámos que a desordem catiônica pode ser utilizada como uma ferramenta de engenharia deliberada para resolver um problema que há anos tem travado toda uma família de materiais para baterias de alta energia», conclui o Prof. Ku. «Se este princípio for desenvolvido mais a fundo, poderá ajudar a aproximar os cátodos ricos em lítio da utilização comercial real, abrindo caminho para baterias de maior duração para veículos elétricos e armazenamento de energia.»
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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