Sólido

As baterias de lítio-enxofre de estado sólido oferecem potencial para densidades de energia muito mais altas e maior segurança, em comparação com as baterias de íon-lítio convencionais.

No entanto, o desempenho das baterias de estado sólido é escasso, sendo o carregamento e o descarregamento lentos uma das principais causas. Agora, um novo estudo do Helmholtz Zentrum Berlin (HZB) mostra que o transporte lento de íons de lítio dentro de um cátodo composto é a causa desse carregamento e descarregamento lentos, dizem os pesquisadores em um comunicado à imprensa.

Os cientistas projetaram uma célula especial para observar o transporte de íons de lítio entre o ânodo e o cátodo em uma bateria de lítio-enxofre de estado sólido. Como o lítio dificilmente pode ser detectado com métodos de raios-x, os físicos HZB Dr. Robert Bradbury e Dr. Ingo Manke examinaram a célula de amostra com nêutrons, que são extremamente sensíveis ao lítio.

"Agora temos uma ideia muito melhor do que está limitando o desempenho da bateria", diz Bradbury: "Vemos dos dados da radiografia de nêutrons operando que há uma frente de reação de íons de lítio se propagando através do cátodo composto, confirmando a influência negativa de uma baixa eficácia iônica condutividade." Além disso, as imagens de tomografia de nêutrons 3D mostram lítio aprisionado concentrado próximo ao coletor de corrente durante a recarga. "Isso resulta em uma capacidade reduzida porque apenas parte do lítio é transportada de volta quando a bateria é carregada", continua Bradbury.

A distribuição de lítio observada foi um ajuste excelente para um modelo baseado na teoria de eletrodos porosos: "O que observamos aqui nos dados de imagem de nêutrons se correlaciona bem com as condições de condutividade eletrônica e iônica relevantes do modelo", diz Bradbury.

Esses resultados revelam um gargalo de desenvolvimento anteriormente negligenciado para baterias de estado sólido, mostrando que existem limitações nos compósitos catódicos devido ao transporte iônico lento. O desafio agora é permitir uma entrega mais rápida de íons dentro do composto catódico. “Sem a visualização direta da frente de reação dentro do composto catódico, esse efeito poderia ter passado despercebido, apesar de sua importância para o desenvolvimento de baterias de estado sólido”, diz Bradbury.

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