As baterias de íons de lítio alimentam uma vasta gama de dispositivos, desde smartphones e laptops até veículos elétricos. Embora convenientes, essas baterias representam um risco à segurança: se perfuradas ou dobradas, podem pegar fogo em uma perigosa reação em cadeia. No entanto, os investigadores alcançaram um avanço significativo, demonstrando uma forma de criar baterias de iões de lítio intrinsecamente mais seguras através de uma modificação surpreendentemente simples – alterando apenas um material na construção da bateria. Este avanço pode levar à produção em massa de baterias mais seguras nos próximos anos.
Compreendendo o risco: fuga térmica
As baterias de íon-lítio funcionam usando um design específico: um eletrodo de grafite, um eletrodo de óxido metálico e um eletrólito que consiste em um sal de lítio dissolvido em um solvente. Este eletrólito líquido permite o fluxo de íons de lítio, permitindo que a bateria carregue e descarregue. No entanto, esse mesmo design os torna vulneráveis. Se uma bateria estiver danificada – perfurada ou dobrada – criando um curto-circuito, a energia química armazenada pode ser libertada extremamente rapidamente. Essa rápida liberação de energia desencadeia um processo denominado “fuga térmica”, que leva a um incêndio ou até mesmo a uma explosão.
Soluções atuais de segurança e a nova abordagem
Os cientistas têm explorado várias estratégias para mitigar este risco. Algumas abordagens envolvem géis protetores ou substitutos de estado sólido para o eletrólito líquido. No entanto, uma equipe da Universidade Chinesa de Hong Kong desenvolveu um novo design que mantém a arquitetura de bateria existente. Sua inovação crucial reside na alteração do material eletrolítico, mantendo os custos de produção e os processos de fabricação relativamente inalterados.
A chave: isolando o ânion “Bad Boy”
A causa raiz da fuga térmica é a quebra das ligações químicas. Especificamente, íons carregados negativamente chamados ânions quebram suas ligações com o lítio dentro da bateria. Essa quebra de ligação libera calor, acelerando o ciclo destrutivo.
Para evitar isso, os pesquisadores introduziram um solvente secundário chamado bis(fluorosulfonil)imida de lítio. Este novo solvente só se liga ao lítio em temperaturas mais altas, especificamente quando a fuga térmica já está começando. Ao contrário do solvente convencional, este novo material não permite a formação de ligações aniônicas, eliminando efetivamente a fonte da crescente liberação de calor. Numa demonstração, uma bateria que utiliza este novo solvente aqueceu apenas 3,5°C quando perfurada com um prego, um forte contraste com o aumento de temperatura de 500°C observado nas baterias convencionais.
“O bad boy é o ânion, que tem muita energia de ligação – e é a quebra dessas ligações que causa a fuga térmica”, explica Gary Leeke, da Universidade de Birmingham. “Esta nova abordagem isola o bad boy desse processo – é um grande salto em termos de segurança da bateria.”
Desempenho e perspectivas futuras
As baterias modificadas mostraram desempenho promissor. Os testes revelaram que mantiveram 82% da sua capacidade após 4100 horas de utilização, tornando-os competitivos com a tecnologia existente. Os especialistas prevêem que este solvente inovador possa ser integrado na próxima geração de baterias, abrindo caminho para a produção em massa dentro de três a cinco anos. Este avanço marca um passo significativo em direção ao armazenamento de energia mais seguro e confiável para uma ampla gama de aplicações. > Esta mudança relativamente simples de materiais promete revolucionar a segurança das baterias, minimizando o risco de incêndios e explosões em dispositivos de uso diário e veículos elétricos.
