Baterias mais duradouras e mais eficientes seriam um impulso para tudo, de smartphones a veículos elétricos, e os cientistas agora fizeram uma descoberta inesperada que poderia ajudar a desenvolver a tecnologia de bateria de última geração, bem como catalisadores mais rápidos e outros materiais avançados.

Uma análise dos estágios iniciais de carregamento da bateria de lítio – conhecido como nucleação – mostrou que diminuir as correntes elétricas perto do eletrodo cria padrões desorganizados de átomos, o que, por sua vez, melhora o comportamento geral de carga.

Por meio de uma combinação de microscopia eletrônica detalhada, resfriamento com nitrogênio líquido e modelagem por computador, os pesquisadores foram capazes de observar uma forma não cristalina “vítrea” do metallic de lítio conforme o carregamento progredia.

“O poder da imagem criogênica para descobrir novos fenômenos na ciência dos materiais é mostrado neste trabalho,” diz a cientista de materiais Shirley Meng da Universidade da Califórnia em San Diego (UCSD).

“O verdadeiro trabalho em equipe nos permitiu interpretar os dados experimentais com confiança porque a modelagem computacional ajudou a decifrar a complexidade.”

É a primeira vez que um metallic puro foi observado em uma forma amorfa – muito menos estruturada do que normalmente seria esperado do processo de carregamento da bateria.

Os átomos de lítio são depositados no ânodo da bateria à medida que ela é recarregada, mas os detalhes mais sutis de como esse processo funciona no nível atômico ainda não são totalmente compreendidos.

O que sabemos é que o padrão de depósitos pode variar entre as cargas, levando a um processo de carga menos estável e uma degradação gradual da bateria.

Na pesquisa, os embriões vítreos de lítio permaneceram desestruturados e soltos durante seu crescimento enquanto a bateria period recarregada. Tanto a criação do metallic vítreo quanto as condições necessárias para sua formação surpreenderam os cientistas.

“Podemos fazer metallic amorfo em condições muito suaves com uma taxa de carregamento muito lenta”, diz o cientista de materiais Boryann Liaw do Laboratório Nacional de Idaho. “É bastante surpreendente.”

A modelagem por computador confirmou que as reações cinéticas estavam criando formas cristalinas amorfas (em vez de ordenadas) com uma velocidade de carregamento lenta. Outros testes em mais quatro metais reativos replicaram o resultado.

Qualquer lugar em que um supplies de metallic vítreo possa ser usado e adaptado está potencialmente em linha de se beneficiar desta pesquisa – e isso inclui obter a mesma quantidade de energia da bateria em um pacote menor (muito útil quando você quer que seu carro elétrico dure tanto quanto possível na estrada aberta).

As estruturas de metallic vítreo observadas neste estudo são normalmente muito difíceis de produzir, o que torna sua aparência aqui ainda mais fascinante – e com pesquisas futuras, as aplicações potenciais poderiam ir além das baterias.

“As propriedades de tais vidros metálicos, as quantidades e os tamanhos e distribuições de partículas poderiam ser ajustados ajustando a densidade de corrente e o tempo de deposição por meio de otimização”, escrevem os pesquisadores em seu papel.

“Esses novos metais amorfos ativos abrirão novas oportunidades em várias aplicações além dos campos de vidro metálico e armazenamento de energia, incluindo biomedicina, nanotecnologia e sistemas microeletromecânicos.”

A pesquisa foi publicada em Materiais da Natureza.

Este artigo foi baseado em uma publicação em inglês. Clique aqui para acessar o conteúdo originário.