O design da bateria de íons de lítio à prova de fogo sobrevive à perfuração de pregos e evita o descontrole térmico
As baterias tradicionais de íon-lítio, que alimentam uma grande variedade de dispositivos eletrônicos, de carros a smartwatches, representam um risco significativo de incêndio. Quando danificadas, sobrecarregadas ou defeituosas, elas podem sofrer fuga térmica - um evento perigoso no qual os componentes internos se quebram e liberam calor extremo. Em uma bateria comum, isso pode fazer com que as temperaturas aumentem mais de 500 °C, causando incêndios e explosões.
Agora, uma equipe de pesquisadores da China, principalmente da Universidade Chinesa de Hong Kong, desenvolveu um novo projeto de bateria que reduz esse risco. Em um estudo, publicado na revista Nature, a equipe detalhou o novo design e os resultados dos testes. Quando penetrada por um prego, a bateria de íons de lítio fabricada com esse design teve um aumento de temperatura de cerca de 3,5 °C e permaneceu estável. Quanto à bateria com eletrólitos convencionais, foi registrado um pico de temperatura de 555,2 °C, explosão e incêndio.
A equipe só conseguiu fazer essa descoberta depois de identificar o culpado: a associação de íons. Nas baterias convencionais, a maneira como os íons de lítio e os íons negativos se agrupam no eletrólito é boa para formar uma camada protetora chamada de interfase de eletrólito sólido (SEI), que é vital para um ciclo de vida longo. No entanto, os pesquisadores descobriram que essa mesma associação de íons também reduz a temperatura na qual a fuga térmica começa em aproximadamente 94 °C, tornando a bateria muito menos segura.
Para resolver esse problema, a equipe desenvolveu o que eles chamam de "estratégia de relé de solvente" Eles criaram um novo eletrólito que se comporta de forma diferente em diferentes temperaturas. Em condições de temperatura ambiente, ele promove a associação de íons necessária para uma boa formação de SEI. Mas em temperaturas elevadas - como as de danos - um solvente específico chamado bis(fluorossulfonil)imida de lítio entra em ação, ligando-se ao lítio e promovendo a dissociação do íon. Essa ação inibe as ligações aniônicas perigosas que, de outra forma, levariam à liberação de calor.
O projeto provou ser seguro e durável. As células projetadas com a nova estratégia também demonstraram um ciclo de vida excepcional, retendo aproximadamente 81,9% de sua capacidade após 1.000 ciclos.
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