Uma solução líquida para crescimento de dendritos em baterias de lítio metálico

A equipe do professor associado Wan Jiandi, do Departamento de Engenharia Química da Universidade da Califórnia, Davis, publicou um novo artigo na revista Scientific Progress, propondo uma solução potencial para o crescimento dendrítico em baterias recarregáveis ​​de lítio metálico. Neste artigo, a equipe de Wan demonstrou que os íons que fluem perto do cátodo podem melhorar a segurança e a vida útil das baterias recarregáveis ​​da próxima geração.

As baterias de metal de lítio usam metal de lítio como ânodo. Essas baterias têm alta densidade de carga e energia potencial que é o dobro das baterias tradicionais de íons de lítio, mas a segurança é uma grande preocupação. Quando carregados, alguns íons são reduzidos a lítio metálico na superfície do cátodo e formam microestruturas dendríticas irregulares - dendritos, que podem eventualmente levar a curtos-circuitos ou até mesmo explosões.

A teoria é que a competição entre a taxa de transferência de massa e a taxa de redução dos íons de lítio perto da superfície do cátodo leva ao crescimento de dendritos. Quando a taxa de redução de íons é muito mais rápida do que a transferência de massa, ela gerará uma lacuna neutra chamada camada espacial carregada perto do cátodo, que não contém íons. Acredita-se que a instabilidade desta camada leva ao crescimento de dendritos, portanto, reduzi-la ou eliminá-la pode reduzir o crescimento de dendritos, prolongando assim a vida útil da bateria.

A ideia de Wan é permitir que os íons recuperem a carga e cancelem essa lacuna através de um canal microfluídico através do cátodo. No artigo, a equipe descreveu seus testes de prova de conceito e descobriu que esse fluxo de íons pode reduzir o crescimento de dendritos em até 99%.

Para Wan, este estudo é emocionante, pois demonstra a eficácia das aplicações microfluídicas em questões relacionadas a baterias e abre caminho para pesquisas futuras neste campo.

“Através desta pesquisa básica e métodos microfluídicos, podemos compreender quantitativamente o impacto do fluxo no crescimento dendrítico”, disse ele. "Poucos grupos conduziram pesquisas sobre isso ainda."

Embora seja improvável integrar diretamente a microfluídica em uma bateria real, a equipe de Wan está procurando métodos alternativos para aplicar os princípios básicos deste estudo, introduzindo fluxo local próximo à superfície do cátodo para compensar cátions e eliminar a camada de carga espacial.

Ele disse: "Temos o prazer de explorar novas aplicações desta pesquisa." "Começamos a projetar superfícies catódicas para introduzir convecção."