Bateria controlada por magnetismo
Uma nova tecnologia de baterias apresentou uma capacidade de armazenamento de energia significativamente maior do que as tecnologias atuais – o suficiente para aliviar as preocupações com a autonomia dos veículos elétricos.
Além disso, a tecnologia de ânodo híbrido de última geração – o ânodo representa o polo negativo da bateria – reduz o risco de fuga térmica e de explosão.
Song Kang e colegas da Universidade de Ciência de Tecnologia de Pohang, na Coreia do Sul, desenvolveram um eletrodo que utiliza um campo magnético externo para regular o movimento dos íons de lítio, suprimindo efetivamente o crescimento de dendritos, pequenas saliências que acabam causando curtos-circuitos.
Os ânodos de lítio metálico oferecem uma capacidade teórica excepcionalmente alta, mas são propensos à formação de dendritos, estruturas pontiagudas minúsculas, semelhantes a agulhas, que podem perfurar o separador, causando curtos-circuitos internos e provocando incêndios ou explosões.
Por sua vez, os ânodos de grafite convencionais – os mais amplamente utilizados hoje – têm limitações de capacidade inerentes, mostrando a importância de tecnologias de ânodos de próxima geração.
Magnetismo para alinhar o lítio
Apesar do potencial revolucionário para a indústria de baterias, a ideia do controle magnético da bateria é simples: Se um ímã consegue alinhar limalhas de ferro, por que não usá-lo para organizar o fluxo de íons de lítio?
Quando o lítio é inserido no ânodo de ferrita de manganês (Mn3O4), ele produz nanopartículas metálicas ferromagnéticas. Sob a ação do campo magnético de um ímã permanente, incorporado na própria bateria, essas nanopartículas se alinham como pequenos ímãs dentro do eletrodo. Esse alinhamento espalha os íons de lítio de maneira mais uniforme pela superfície, impedindo sua concentração em regiões específicas, onde ficam mais propensos a formar dendritos.
Durante esse processo, a força de Lorentz – a força exercida por um campo magnético sobre partículas carregadas – dispersa ainda mais os íons de lítio, promovendo um transporte uniforme. Como resultado, em vez de formar dendritos perigosos, o ânodo desenvolve uma camada de deposição de lítio metálico lisa, densa e uniforme.
Bateria híbrida
E a tecnologia tem outra vantagem: O ânodo funciona como um sistema híbrido, armazenando lítio tanto na matriz de óxido quanto como lítio metálico, depositado na superfície.
Esse mecanismo duplo possibilita uma capacidade de armazenamento de energia aproximadamente quatro vezes maior do que a de ânodos de grafite comerciais, mantendo ciclos de carga e descarga estáveis, sem formação de dendritos. O protótipo construído pela equipe manteve uma eficiência coulombiana acima de 99% por mais de 300 ciclos de carregamento e uso, demonstrando excelente estabilidade.
“Essa abordagem resolve simultaneamente os dois maiores desafios dos ânodos de lítio metálico: Instabilidade e formação de dendritos. Ela representa um novo caminho para baterias de lítio metálico mais seguras e confiáveis,” disse o professor Won Kim. “Esperamos que essa tecnologia sirva como base para aprimorar a capacidade, a vida útil e a velocidade de carregamento das baterias de próxima geração.
Bibliografia:
Artigo: Magneto-conversion anode design for unlocking high energy density and dendrite-free hybrid lithium-ion/lithium-metal batteries
Autores: Song Kyu Kang, Minho Kim, Seochan Hong, Jae-Hong Lim, Gwan Hyeon Park, Junhyuk Ji, Jeongbin Cho, Hansol Baea, Won Bae Kim
Revista: Energy & Environmental Science
DOI: 10.1039/D5EE02644J