Os cientistas resolveram o mistério da explosividade das baterias de lítio com um eletrólito sólido

Um grupo de cientistas do Massachusetts Institute of Technology e da Brown University descobriu como os caminhos condutores são formados no eletrólito sólido das baterias de lítio de um eletrodo para outro, o que leva a um curto-circuito das baterias. A descoberta abrirá caminho para a criação de baterias leves, espaçosas e seguras.

Os filamentos de lítio crescem no eletrólito na direção da força aplicada, o que elimina o perigo de um curto-circuito. Fonte da imagem: MIT

Pela experiência com baterias de lítio, sabe-se que o lítio é depositado nos eletrodos durante as reações químicas na bateria. À medida que a bateria é usada, as agulhas de lítio podem perfurar a membrana e causar curto-circuito no segundo eletrodo, causando curto-circuito e incêndio grave no caso de eletrólitos líquidos. Baterias de lítio promissoras com um eletrólito sólido à base de cerâmica prometem não abrir fogo, mas a deposição de lítio nelas ainda ocorre e as desativa.

Até agora, os cientistas foram atormentados pela questão: como o lítio macio penetra na cerâmica dura e cria uma estrutura ramificada ali? Um eletrólito sólido e opaco não permite ver com os próprios olhos o processo de distribuição das ramificações do lítio – dendritos – de um eletrodo a outro. Para entender a física e a química do processo, os cientistas criaram um protótipo de uma bateria de lítio de estado sólido e realizaram uma série de experimentos com ela.

Descobriu-se que o lítio penetra em um eletrólito sólido apenas quando microtrincas se formam nele. E o design das baterias modernas é tal que a tensão física nas baterias é sempre criada perpendicularmente aos eletrodos e ao meio eletrolítico. Este projeto promove a propagação de microfissuras de eletrodo para eletrodo e, portanto, leva à formação de caminhos de corrente de metal de lítio até que ocorra um curto-circuito.

Depois de descobrir esse efeito (ou defeito), os cientistas criaram pressão em um sanduíche de placas de eletrodos e um eletrólito sólido na direção transversal. Assim, a formação de microtrincas ocorreu na direção paralela aos eletrodos, o que não poderia levar a um curto-circuito, mesmo que dendritos de lítio crescessem no material. Os pesquisadores argumentam que é possível criar uma tensão física em baterias de lítio na direção certa de maneira simples e acessível para produção em massa. Hoje, existe toda a tecnologia para isso e nenhum esforço extra é necessário para isso.

A equipe vai registrar uma patente para a invenção de baterias de lítio de estado sólido confiáveis, embora eles próprios não as liberem. Para isso, existem fabricantes líderes de baterias que precisam apenas aproveitar novos conhecimentos.