Descoberta incrivelmente simples estende a vida útil da bateria de íons de lítio em 50%

Substituir gadgets como smartphones ou laptops só porque a bateria parou de manter a carga pode ser uma verdadeira dor de cabeça. Mas uma nova pesquisa descreve uma maneira de dar às baterias comuns de íons de lítio uma vida útil muito maior, começando com seu primeiro ciclo de carga. Carregar baterias de íons de lítio, que alimentam a maioria dos eletrônicos pessoais e veículos elétricos, em altas temperaturas ou correntes antes de chegarem às prateleiras pode estender sua vida útil média em 50%, disseram pesquisadores em um novo estudo publicado no periódico Joule.

- "Os resultados demonstram uma abordagem generalizável para entender e otimizar esta etapa crucial na fabricação de baterias", disse o coautor do estudo Steven Torrisi, cientista pesquisador sênior do Instituto de Pesquisa da Toyota, em um comunicado.

Uma bateria de íons de lítio típica tem um eletrodo positivo e um negativo em uma solução eletrolítica contendo íons de lítio. Quando a bateria é carregada, os íons de lítio se movem para o eletrodo negativo. Então, quando você usa a bateria e gasta sua carga, os íons de lítio saem do eletrodo negativo e vão para o positivo. O fluxo de íons para frente e para trás proporciona a corrente elétrica que alimenta um dispositivo.

Uma bateria de íons de lítio novinha em folha está completamente descarregada. O eletrodo positivo está cheio de lítio, e o negativo tem bastante espaço para os íons de lítio fluírem. Mas na primeira carga, parte do lítio na bateria fica preso na superfície do eletrodo negativo.

O lítio preso, junto com outros componentes da solução eletrolítica, torna-se parte de uma camada chamada interfase de eletrólito sólido (IES). Esta IES envolve o eletrodo negativo, protegendo-o de reações colaterais que causam mais perda de lítio e, portanto, encurtam a vida útil da bateria.

Normalmente, os fabricantes primeiro carregam a bateria lentamente para construir uma IES estável. Mas essa nem sempre é a abordagem mais econômica e estudos recentes mostram que carregar a bateria rapidamente não tem necessariamente um impacto negativo na vida útil da bateria. Além disso, vários outros parâmetros podem impactar a IES, então não é fácil otimizar a primeira carga para o melhor desempenho da bateria.

No novo estudo, os pesquisadores usaram aprendizado de máquina para escolher os parâmetros que têm o efeito mais forte na IES. Dois fatores, a corrente e a temperatura durante a primeira carga, chamaram a atenção deles.

Carregar a bateria por cerca de 20 minutos, em vez das habituais 10 horas ou mais, estendeu a vida útil geral da bateria em cerca de 50%. Mais lítio fica preso na IES na primeira carga, mas isso limita a possibilidade de futuras reações colaterais que podem encurtar a vida útil da bateria em ciclos subsequentes.

Aumentar a temperatura do ambiente para 55 graus Celsius teve um efeito semelhante, melhorando a vida útil da bateria em uma média de 57%. Essa melhoria provavelmente vem de mudanças na composição da IES que a tornam mais robusta. No entanto, as técnicas não tiveram sinergia: carregar a célula rapidamente e em altas temperaturas não melhorou o desempenho da bateria.

- "Não queríamos apenas identificar a melhor receita para fazer uma boa bateria; queríamos entender como e por que ela funciona", disse o coautor do estudo Will Chueh, um cientista de materiais da Universidade Stanford. - "Esse entendimento é crucial para encontrar o melhor equilíbrio entre desempenho da bateria e eficiência de fabricação."

A nova estratégia também pode tornar as baterias mais baratas.