Pesquisador aumenta capacidade de baterias de Lítio

Imagem de capa:

Este texto é uma tradução e adaptação de “New method increases energy density in lithium batteries“, da EurekAlert.

Yuan Yang, professor assistente de ciência dos materiais e engenharia na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Universidade de Columbia, desenvolveu um novo método para aumentar a densidade de energia das baterias de lítio (Li-íon). Ele construiu uma estrutura de camada tripla, que é estável mesmo em ar ambiente, o que faz com que a bateria dure mais e seja mais econômica de se fabricar. O trabalho, que pode melhorar a densidade de energia de baterias de lítio em 10-30%, foi publicado on-line na revista Nano Letters.

Durante a primeira carga de uma bateria de lítio, logo após a sua produção, uma porção do eletrólito líquido é reduzida a uma fase sólida e revestido sobre o eletrodo negativo da bateria. Este processo, normalmente realizado antes das baterias serem enviadas da fábrica, é irreversível e diminui a energia armazenada na bateria. A perda é de aproximadamente 10% para os eletrodos negativos, mas pode atingir até 20-30% para a próxima geração de eletrodos negativos com alta capacidade, como o silício, porque esses materiais têm expansão de volume grande e alta área de superfície.

A abordagem tradicional para compensar essa perda tem sido a de colocar certos materiais ricos em lítio no eletrodo. No entanto, a maioria destes materiais não são estáveis em ar ambiente.

Já o método de Yang protege o lítio com uma camada do polímero PMMA para evitar a reação do lítio com o ar e umidade, e, em seguida, reveste o PMMA com materiais ativos sob a forma de grafite ou de silício nanopartículas artificiais. A camada de PMMA é então dissolvida no eletrólito da bateria, expondo, assim, o lítio, para os materiais dos eletrodos.

Com isso ele reduziu a capacidade de perda dos eletrodos de grafite de ponta de 8% a 0,3%, e em eletrodos de silício, de 13% a -15%. O valor de -15% indica que não foi usado mais do que o necessário de lítio, e o lítio “extra” pode ser utilizado para aumentar ainda mais a ciclagem de vida das baterias, o excesso compensa a perda de capacidade em ciclos subsequentes.

O seu grupo de pesquisa está agora tentando reduzir a espessura do revestimento de polímero, de modo que ele ocupe um volume menor na bateria de lítio para acelerar a sua técnica.