Descoberta incrivelmente simples estende a vida útil da bateria de íons de lítio em 50% — o que significa que você não precisa substituir seus gadgets com tanta frequência
Substituir gadgets como smartphones ou laptops só porque a bateria parou de segurar a carga pode ser uma verdadeira dor de cabeça. Mas uma nova pesquisa descreve uma maneira de dar baterias de íons de lítio uma vida útil muito maior — começando com o primeiro ciclo de carga.
Carregamento de baterias de íons de lítio — que alimentam a maioria dos aparelhos eletrônicos pessoais e veículos elétricos (VE) — em altas temperaturas ou correntes antes de atingirem as prateleiras, poderiam estender sua vida útil média em 50%, disseram os pesquisadores em um novo estudo publicado em 29 de agosto no periódico Joule.
Os resultados “demonstram uma abordagem generalizável para compreender e otimizar esta etapa crucial na fabricação de baterias”, disse o coautor do estudo. Steven Torrisium cientista pesquisador sênior do Instituto de Pesquisa Toyota na Califórnia, em um declaração.
Uma bateria de íons de lítio típica tem um eletrodo positivo e um negativo em uma solução eletrolítica contendo íons de lítio. Quando você carrega a bateria, os íons de lítio se movem para o eletrodo negativo. Então, quando você usa a bateria e gasta sua carga, os íons de lítio saem do eletrodo negativo e vão para o positivo. O fluxo de íons para frente e para trás facilita a corrente elétrica que alimenta um dispositivo.
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Uma bateria de íons de lítio novinha em folha está completamente descarregada — o eletrodo positivo está cheio de lítio, e o eletrodo negativo tem bastante espaço para os íons de lítio fluírem. Mas na primeira carga, parte do lítio na bateria fica preso na superfície do eletrodo negativo. O lítio preso, junto com outros componentes da solução eletrolítica, torna-se parte de uma camada chamada interfase eletrolítica sólida (SEI). Esta SEI envolve o eletrodo negativo, protegendo-o de reações colaterais que causam mais perda de lítio e, portanto, encurtam a vida útil da bateria.
Normalmente, os fabricantes primeiro carregam a bateria lentamente para construir um SEI estável. Mas essa nem sempre é a abordagem mais econômica — e recente estudos mostram que carregar a bateria rapidamente não tem necessariamente um impacto negativo na vida útil da bateria. Além disso, vários outros parâmetros podem impactar o SEI, então não é fácil otimizar a primeira carga para o melhor desempenho da bateria.
No novo estudo, os pesquisadores usaram aprendizado de máquina para escolher os parâmetros que têm o efeito mais forte no SEI. Dois fatores — a corrente e a temperatura durante a primeira carga — chamaram a atenção deles.
Carregar a bateria por cerca de 20 minutos, em vez das habituais 10 horas ou mais, estendeu a vida útil geral da bateria em cerca de 50%. Mais lítio fica preso no SEI na primeira carga, mas isso limita a possibilidade de futuras reações colaterais que podem encurtar a vida útil da bateria em ciclos subsequentes.
Aumentar a temperatura da temperatura ambiente para 131 graus Fahrenheit (55 graus Celsius) teve um efeito semelhante, melhorando a vida útil da bateria em uma média de 57%. Essa melhoria provavelmente vem de mudanças na composição do SEI que o tornam mais robusto, disseram os pesquisadores. No entanto, as técnicas não tiveram sinergia: carregar a célula rapidamente e em altas temperaturas não melhorou o desempenho da bateria.
“Não queríamos apenas identificar a melhor receita para fazer uma boa bateria; queríamos entender como e por que ela funciona”, disse o coautor do estudo Vai Chuehum cientista de materiais da Universidade Stanford, na declaração. “Esse entendimento é crucial para encontrar o melhor equilíbrio entre desempenho da bateria e eficiência de fabricação.”
A nova estratégia também pode tornar as baterias mais baratas, disse Chueh. “Este é um excelente exemplo de como [the Stanford Linear Accelerator Center] está fazendo ciência de fabricação para tornar tecnologias críticas para a transição energética mais acessíveis”, ele observou. “Estamos resolvendo um desafio real que a indústria está enfrentando.”
