Cientistas descobriram por que as baterias de estado sólido se degradam e estão prontos para torná-las muito melhores

Uma das abordagens modernas para o desenvolvimento de novos materiais pode ser caracterizada pela frase: “É melhor ver uma vez do que calcular dez vezes”. Do ponto de vista científico, isso não é totalmente correto, pois a justificativa teórica permite economizar dinheiro em experimentos e na criação de protótipos. No entanto, hoje eles se esforçam para economizar em tudo, incluindo trabalhos teóricos. Felizmente, ferramentas modernas para analisar estruturas atômicas vêm em nosso socorro, simplificando significativamente o trabalho dos cientistas.

Os testes de um modelo de veículo elétrico da Mercedes-Benz com baterias de estado sólido começaram. Fonte da imagem: Mercedes-Benz

Em particular, um avanço no desenvolvimento de baterias de estado sólido altamente confiáveis ​​foi possível graças a um novo método em microscopia eletrônica – 4D STEM (Microscopia Eletrônica de Transmissão de Varredura Quadridimensional). Essa tecnologia avançada combina varredura espacial com análise completa de difração de elétrons, fornecendo informações detalhadas sobre a estrutura dos materiais nos níveis nano e atômico.

Uma das razões para a degradação das baterias de estado sólido é a formação de uma fina camada de interfase (até 100 nm) na interface entre o cátodo e o eletrólito. Essa camada impede o movimento de íons de lítio do cátodo para o ânodo e vice-versa, o que com o tempo degrada significativamente o desempenho da bateria.

Usando o método 4D STEM, cientistas da Universidade do Missouri conseguiram estudar os processos de formação da camada interfacial no nível atômico. Os dados obtidos ajudarão a selecionar e testar revestimentos catódicos especiais que evitarão o aparecimento dessas camadas sem comprometer a condutividade iônica do eletrólito. Na próxima etapa, os pesquisadores testarão revestimentos adequados.

Eles também relataram seu estudo sobre as propriedades das baterias de estado sólido em um artigo no periódico Advanced Energy Materials, o que ajudará outros grupos de pesquisa a avançar neste campo. Descobrir novas propriedades de baterias de estado sólido e estudar sua interação com certos tipos de materiais de proteção levará à criação de baterias com características aprimoradas: carros elétricos poderão viajar mais e os eletrônicos funcionarão por mais tempo.