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Pesquisadores do Instituto Coreano de Pesquisa Energética conquistaram um avanço importante nos experimentos para reduzir o lítio residual em materiais de cátodo com alto teor de Ni, um componente-chave das baterias de veículos elétricos de próxima geração.
A equipe propôs uma nova estratégia de design de material para minimizar significativamente o teor residual de lítio. Os resultados estão em um artigo publicado no Journal of Materials Chemistry.
“Acreditamos que esses insights, quando aplicados ao design e processamento de materiais catódicos, desempenharão um papel significativo no avanço do desenvolvimento e da comercialização de baterias de íons de lítio de alta densidade energética”, disse Wooyoung Jin, que liderou a pesquisa ao lado de Hyungyeon Cha.
Qual era o problema?
- Materiais catódicos com alto teor de Ni são um componente essencial das baterias de íons de lítio de última geração utilizadas em veículos elétricos;
- À medida que o teor de Ni no cátodo aumenta, a densidade energética da bateria também aumenta, resultando em maior autonomia;
- No entanto, o aumento de teor de Ni promove a formação excessiva de compostos de Li residuais na superfície do material catódico;
- Isso leva a um fenômeno conhecido como gelificação, em que a pasta do eletrodo endurece, adquirindo um estado semelhante a um gel;
- Como resultado, as partículas do material ativo se distribuem de forma desigual e a adesão entre os componentes do eletrodo diminui em aproximadamente 20%, comprometendo a integridade e o desempenho do eletrodo.
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Chegando a uma solução…
Até então, a comunidade científica acreditava que o Li residual permanecia na superfície das partículas catódicas. Por isso, processos de lavagem de superfície com água destilada ou técnicas de revestimento externo eram empregados para removê-lo, mas não resolviam o problema de degradação por completo.
Na nova pesquisa, a equipe descobriu que o lítio residual não está presente apenas na superfície, mas também entre as partículas internas de materiais catódicos com alto teor de Ni. Essa estrutura interna negligenciada do cátodo também contribuiu para a redução da vida útil da bateria.
A solução: uma nova estratégia de design de material com o objetivo de suprimir fundamentalmente a formação de lítio residual. Os pesquisadores propuseram o uso de materiais catódicos de alta concentração de Ni, estruturados em monocristal, para suprimir a formação do resíduo.
Como as estruturas de monocristal possuem contornos de grão mínimos ou inexistentes entre as partículas primárias, elas impedem a formação de lacunas interpartículas, eliminando efetivamente o espaço onde os compostos de Li residuais poderiam cristalizar.
A equipe de pesquisa relatou que o uso de materiais catódicos monocristalinos com alto teor de Ni pode reduzir os níveis residuais de Li em até 54% em comparação com os catódicos convencionais. Essa redução significativa aproxima a indústria e a comunidade acadêmica da meta de manter os compostos residuais de Li abaixo de 2.000 ppm.
O post Carros elétricos: pesquisa pode solucionar um problema crônico das baterias apareceu primeiro em Olhar Digital.
