Quebrar o problema de dendrito da bateria de lítio recarregável abre as portas para o design de uma nova bateria de estado sólido
Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts explicaram a formação de dendritos em baterias de lítio recarregáveis e como evitar que passem pelo eletrólito. Esta descoberta poderá eventualmente abrir as portas ao desenho de uma nova bateria de lítio recarregável, mais leve, compacta e segura do que a versão atual.
Até agora, o uso comercial de baterias recarregáveis de metal de lítio é limitado, uma das quais é dendrita. Os dendritos podem se acumular na superfície do lítio, penetrar no eletrólito sólido e, finalmente, passar de um eletrodo para outro, causando um curto-circuito na bateria.
A pesquisa inicial do MIT descobriu que os materiais de eletrólito sólido de íon de lítio vão e voltam durante o carregamento e descarregamento da bateria, o que levará à alteração do volume do eletrodo. Isso inevitavelmente causará estresse no eletrólito sólido, que deve manter contato total com os dois eletrodos colocados no meio."Para depositar esse metal é necessário expandir o volume, pois a nova massa vai aumentando. Portanto, o volume do lado da bateria de lítio aumentou. Mesmo que existam pequenos defeitos, eles produzirão pressão sobre esses defeitos, levando a rachaduras."
A equipe de pesquisa agora descobre que essas pressões podem levar a rachaduras, que formam dendritos. Os fatos provaram que a solução para o problema é exercer pressão na direção certa e com força adequada.
Anteriormente, alguns pesquisadores acreditavam que os dendritos eram formados por processos eletroquímicos puros, e não por processos mecânicos, mas os experimentos da equipe mostraram que o problema era causado por estresse mecânico.
O processo de formação de dendritos celulares geralmente ocorre na profundidade de materiais opacos, que não podem ser observados diretamente. Portanto, os pesquisadores desenvolveram um método para fazer células finas usando eletrólito transparente, que pode ver e registrar diretamente todo o processo.
A equipe provou que pode controlar diretamente o crescimento dos dendritos aplicando e liberando pressão, de modo que a direção dos dendritos e a força sejam completamente consistentes. O estresse mecânico no eletrólito sólido não pode eliminar a formação de dendritos, mas pode controlar sua direção de crescimento. Isso significa que eles podem ser guiados paralelamente aos dois eletrodos e impedidos de passar pelo outro lado, tornando-se inofensivos.
Outro método é"droga"e incorporar átomos no material para torná-lo deformado e em estado de tensão permanente. Experimentos mostram que a pressão de 150 a 200 MPa é suficiente para evitar que os dendritos passem pelo eletrólito.
Anteriormente, acreditava-se que estruturas tipo sanduíche de múltiplas camadas poderiam impedir a formação de estruturas dendríticas. No entanto, novos experimentos provaram que a extrusão de materiais perpendiculares à direção da placa da bateria realmente agravará a formação da estrutura dendrítica. Em vez disso, deve haver pressão ao longo do plano, como se estivesse apertando a lateral do sanduíche.
