Cientistas da Universidade Texas A&M, nos EUA, estão usando métodos químicos quânticos para prever a reatividade das baterias de lítio-metal. A abordagem permite o rastreamento de reações específicas que ocorrem nas superfícies presentes no interior das células de energia.
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As baterias de lítio-metal possuem um grande potencial para armazenar quantidades mais elevadas de eletricidade em comparação com as células feitas com íons de lítio. O problema é que essas baterias são altamente reativas, o que pode encurtar sua vida útil e prejudicar o desempenho a longo prazo.
“Precisamos entender que tipo de reações acontecem, como desacelerá-las, quais são seus componentes, a morfologia dos produtos em evolução e como os íons e elétrons se movem pela superfície. Só a compreensão dessas questões críticas nos permitirá comercializar baterias de metal de lítio em um futuro próximo”, explica a professora de engenharia química Perla Balbuena.
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Química quântica
As baterias de lítio-metal possuem uma película fina no ânodo, chamada interface de eletrólito sólido (SEI). Esse filme é composto por vários elementos gerados a partir da decomposição dos eletrólitos, e sua composição química garante o desempenho máximo da bateria e prolonga sua vida útil.
Durante os testes, os pesquisadores estudaram o polímero resultante de reações eletrolíticas na parte interna das baterias. Eles simularam uma interface de nível atômico e resolveram equações químicas quânticas para mapear a evolução temporal da reação na formação desse polímero.
“Com essa simulação, isolamos a parte do sistema responsável por eventos químicos importantes. Acompanhamos esse grupo específico de moléculas e analisamos as reações que ocorrem espontaneamente na superfície dos eletrodos para monitorar o seu desempenho”, acrescenta Balbuena.
Mapeamento de energia
Os cientistas usaram ferramentas computacionais de última geração para determinar as configurações mínimas de energia e o arranjo das moléculas durante as reações químicas, mapeando o processo de reatividade das baterias de metal de lítio do começo ao fim.
Segundo os pesquisadores, esse sistema de controle aprimorado dos níveis de reatividade em dispositivos de lítio-metal pode contribuir para a fabricação em escala industrial de baterias mais sustentáveis, com uma vida útil muito maior e mais baratas de produzir.
“Esta pesquisa pode ser uma força motriz para as baterias em uma direção mais ecológica e eficiente. Este trabalho será útil daqui a 10 anos, porque uma década atrás, fizemos nossas contribuições iniciais para baterias de íons de lítio e essas descobertas ajudaram no desenvolvimento da tecnologia usada atualmente”, encerra a professora Perla Balbuena.
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Fonte: Canaltech
