Método rastreia o que acontece dentro das baterias

O futuro da mobilidade são carros elétricos, caminhões e aviões. Mas não há como um único design de bateria alimentar esse futuro. Até baterias de celulares e laptops têm requisitos e designs diferentes. As baterias necessárias nas próximas décadas terão que ser adaptadas aos seus usos específicos. E isso significa entender exatamente o que acontece, com a maior precisão possível, dentro de cada tipo de bateria.

Toda bateria funciona com o mesmo princípio:os íons, que são átomos ou moléculas com carga elétrica, transportam uma corrente do ânodo para o cátodo através de um material chamado eletrólito e depois volta. Mas seu movimento preciso através desse material, seja líquido ou sólido, intriga os cientistas há décadas. Saber exatamente como os diferentes tipos de íons se movem através de diferentes tipos de eletrólitos ajudará os pesquisadores a descobrir como afetar esse movimento para criar baterias que carregam e descarregam da maneira mais adequada aos seus usos específicos.

Uma equipe de cientistas demonstrou uma combinação de técnicas que permite a medição precisa de íons que se movem através de uma bateria. A combinação de diferentes métodos experimentais mede a velocidade e a concentração e compara-os com a teoria. Esses métodos incluem o uso de raios-X ultrabrilhantes para medir a velocidade dos íons que se movem através da bateria e para medir simultaneamente a concentração de íons dentro do eletrólito enquanto uma bateria modelo está descarregada. A equipe de pesquisa então comparou seus resultados com modelos matemáticos. O resultado é uma figura extremamente precisa que representa a corrente transportada pelos íons – o que é chamado de número de transporte.

O número de transporte é essencialmente a quantidade de corrente transportada por íons carregados positivamente em relação à corrente elétrica total; os cálculos da equipe colocam esse número em aproximadamente 0,2. Esta conclusão difere daquelas derivadas por outros métodos devido à sensibilidade desta nova forma de medir o movimento de íons.

Para este experimento, a equipe de pesquisa usou um eletrólito de polímero sólido em vez dos líquidos em amplo uso para baterias de íons de lítio. Os polímeros são mais seguros, pois evitam os problemas de inflamabilidade de alguns eletrólitos líquidos.

No passado, a melhor maneira de pesquisar o funcionamento interno das baterias era enviar uma corrente através delas e analisar o que acontecia depois. A capacidade de rastrear os íons em movimento em tempo real oferece aos cientistas a chance de alterar esse movimento para atender às necessidades de design de suas baterias.

O próximo passo é analisar polímeros mais complexos e outros materiais, como cálcio e zinco, e eventualmente em eletrólitos líquidos.