Novo Método Rastreia Precisamente o Interior das Baterias para Impulsionar Soluções Energéticas Futuras

O futuro da mobilidade são carros, caminhões e aviões elétricos. Mas não há como um único design de bateria alimentar esse futuro. Mesmo baterias de celular e laptop 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, da forma mais precisa possível, dentro de cada tipo de bateria.

Toda bateria funciona no mesmo princípio: íons, que são átomos ou moléculas com carga elétrica, transportam corrente do ânodo para o cátodo através de material chamado eletrólito, e depois de volta. Mas seu movimento preciso através desse material, seja líquido ou sólido, intrigou cientistas por décadas. Saber exatamente como diferentes tipos de íons se movem através de diferentes tipos de eletrólitos ajudará pesquisadores a descobrir como afetar esse movimento para criar baterias que carregam e descarregam de maneiras mais adequadas aos seus usos específicos.

Uma equipe de cientistas demonstrou uma combinação de técnicas que permite a medição precisa de íons movendo-se através de uma bateria. A combinação de diferentes métodos experimentais mede velocidade e concentração e depois compara ambos com a teoria. Esses métodos incluem o uso de raios-X ultrabrilhantes para medir a velocidade dos íons movendo-se através da bateria e medir simultaneamente a concentração de íons dentro do eletrólito enquanto uma bateria modelo descarregava. A equipe de pesquisa então comparou seus resultados com modelos matemáticos. Seu resultado é um número extremamente preciso representando a corrente transportada por 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 das derivadas por outros métodos devido à sensibilidade desta nova forma de medir movimento iônico.

Para este experimento, a equipe de pesquisa usou um eletrólito de polímero sólido em vez dos líquidos amplamente usados para baterias de íon-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 depois analisar o que aconteceu depois. A capacidade de rastrear íons movendo-se em tempo real oferece aos cientistas a chance de mudar esse movimento para atender às suas necessidades de design de bateria.

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