É possível recuperar a capacidade de uma bateria reconectando o lítio morto?

Uma equipe de cientistas do SLAC National Accelerator Laboratory, do Departamento de Energia dos Estados Unidos e da Universidade de Stanford, verificou que é possível reativar ilhas de lítio adormecidas de baterias. Através ajustes no processo de carregamento de baterias , o lítio é reconectado eletricamente ao eletrodo negativo e reativado, aumentando assim a vida útil. Não apenas as baterias de hoje poderiam se beneficiar desse resultado, mas abriria a possibilidade de obter projetos de bateria com densidades de energia muito mais altas e com aumento da capacidade de recarga rápida.

Ilhas de lítio inativas se formam durante os ciclos de carga e descarga da bateria, quando os íons de lítio viajam de um eletrodo para outro. Durante essa jornada, alguns deles falham e se tornam eletroquimicamente inativos. Estes se acumulam na forma de caroços ou ilhas de lítio que reduzem a capacidade de armazenamento da bateria e sua vida útil.

Este lítio que fica isolado, além de não contribuir mais para a capacidade elétrica da bateria, é perigoso, pois pode incendiá-la. Yi Cui, professor de Stanford e diretor da pesquisa, diz que descobriu uma maneira de reconectar eletricamente o lítio morto com o eletrodo negativo para reativá-lo.

Em teoria, este lítio é isolado, mas mantém uma tensão o que o torna recuperável, pois ainda é possível fazê-lo se mover entre os dois eletrodos da bateria. Para testar essa teoria, os cientistas construíram uma bateria de teste “óptica” projetada para permitir observações em tempo real das ilhas de lítio enquanto o dispositivo estava sendo carregado.

Este experimento mostrou que a ilha de lítio não está realmente “morta”, mas pode responder às operações da bateria. rastejando lentamente em direção a um eletrodo ou outro durante a carga e descarga. “É como um verme muito lento que pode se mover nanômetro por nanômetro”, diz Cui. É transportado dissolvendo-se em uma extremidade e depositando material na outra. Se você mantiver a minhoca de lítio em movimento em algum ponto, ela tocará o ânodo e a conexão elétrica será restabelecida.

Esquema de operação da bateria de lítio

O lítio que fica isolado entre os eletrodos da bateria pode ser recuperado ajustando o processo de carga para que seja possível recuperar a vida útil da bateria.

Trabalhando com esse objetivo, os cientistas realizaram experimentos de acompanhamento com outras baterias de teste e usaram simulações de computador para demonstrar que o lítio isolado poderia realmente ser recuperado por meio de ajustes no processo de carregamento. “Descobrimos que podemos mover o lítio liberado em direção ao ânodo durante a descarga, sendo os movimentos mais rápidos sob correntes mais altas”, diz o autor do estudo. publicado na revista Nature , Fang Liu. adicionando uma etapa de descarga rápida e de alta corrente logo após o carregamento a bateria moveu o lítio isolado o suficiente para para reconectá-lo com o ânodo. “Isso reativa o lítio para que ele participe da vida útil da bateria”, acrescenta.

De acordo com as conclusões do inquérito, este procedimento aumento da duração da bateria de teste em 30%. Além disso, ao aplicar esta técnica, é possível conceber designs de bateria melhorados capazes de suportar poderes de carregamento mais altos, já que a degradação seria recuperável. Também poderia levar a aumentar a capacidade e vida útil da bateria. Tudo isso significa que além de aumentar a autonomia dos veículos elétricos, ela também poderia ser preservada para um maior número de ciclos de carga e descarga.

Cientistas apontam que o problema do lítio isolado também afeta as baterias de lítio metálico , uma tecnologia que pode conter 10 vezes mais energia, mas que sofre de um problema significativo de instabilidade. A integração dessa nova funcionalidade pode ajudar a resolver essa deficiência. “Nossas descobertas têm amplas implicações para o projeto e desenvolvimento de baterias de metal de lítio mais robustas”, diz Liu.