Um grande avanço na compreensão da degradação das baterias pode revolucionar a indústria dos automóveis eléctricos

No campo dos veículos elétricos, acaba de surgir um avanço essencial: uma melhor compreensão da degradação das baterias. Esta descoberta promete revolucionar a indústria automóvel ao oferecer soluções mais sustentáveis e eficientes para carros elétricos.
Uma pesquisa recente conduzida pelo Laboratório Nacional de Argonne, em colaboração com o Departamento de Energia dos Estados Unidos, identificou por que os cátodos das baterias dos veículos elétricos se degradam rapidamente. Essas descobertas podem muito bem abrir caminho para futuras inovações na área.
As baterias de íons de lítio são essenciais para veículos elétricos e seu desempenho futuro depende muito de melhorias nos cátodos. Os cátodos de óxido de cobalto e níquel manganês (NMC) ricos em níquel têm alto potencial de capacidade. No entanto, degradam-se rapidamente após vários ciclos de carga e descarga, um grande problema para a sua durabilidade.
Os cientistas descobriram que a degradação dos cátodos NMC ricos em níquel se deve à quebra das ligações entre os cristais durante os ciclos de carga. Para resolver este problema, foram testados cátodos monocristalinos. Teoricamente, eles não deveriam encontrar esse problema. No entanto, mesmo estes cátodos mostraram sinais de falha prematura.
Para compreender melhor este fenômeno, os pesquisadores desenvolveram um método de análise revolucionário que combina difração de raios X em grande escala e microscopia eletrônica de alta resolução. Isso permitiu observar mudanças na estrutura dos cristais em vários estágios de carga, revelando processos de expansão, rotação e contração, rompendo a ordem atômica inicial.
As observações reveladas por este método de análise destacaram como as tensões induzidas pelos ciclos de carga alteram irreversivelmente a estrutura dos cátodos, levando a uma redução notável no seu desempenho. As rotações das estruturas cristalinas, inicialmente pequenas, tornam-se mais severas com o tempo, exacerbando a degradação.
Estas descobertas são cruciais para o desenvolvimento futuro de cátodos mais duráveis e eficientes. Eles abrem caminho para a otimização dos materiais das baterias, com potencial para aumentar a autonomia dos veículos elétricos e, ao mesmo tempo, reduzir custos. Ao identificar as causas profundas da degradação, os investigadores podem agora trabalhar em soluções estruturais para melhorar o desempenho e a vida útil da bateria.
Este trabalho, publicado na revista Science, fornece um roteiro valioso para superar os desafios de sustentabilidade das baterias de iões de lítio, prometendo avanços significativos no desempenho das tecnologias de baterias para veículos eléctricos no futuro.
Uma pesquisa recente conduzida pelo Laboratório Nacional Argonne, em colaboração com o Departamento de Energia dos Estados Unidos, identificou as razões pelas quais os cátodos das baterias de veículos elétricos deteriorar-se rapidamente. Essas descobertas podem muito bem abrir caminho para futuras inovações na área.
A promessa e os desafios dos cátodos ricos em níquel
As baterias de íons de lítio são essenciais para veículos elétricos e seu desempenho futuro depende muito de melhorias em cátodos. Os cátodos de óxido de cobalto e níquel manganês (NMC) ricos em níquel têm alto potencial de capacidade. No entanto, degradam-se rapidamente após vários ciclos de carga e descarga, um grande problema para a sua durabilidade.
O problema da microestrutura

Os cientistas descobriram que a degradação do cátodos NMC ricos em níquel é devido à quebra das ligações entre os cristais durante os ciclos de carga. Para resolver este problema, foram testados cátodos monocristalinos. Teoricamente, eles não deveriam encontrar esse problema. No entanto, mesmo estes cátodos mostraram sinais de falha prematura.
Um método de diagnóstico inovador
Para compreender melhor este fenômeno, os pesquisadores desenvolveram um método de análise revolucionário que combina difração de raios X em grande escala e microscopia eletrônica de alta resolução. Isso permitiu observar mudanças na estrutura dos cristais em vários estágios de carga, revelando processos de expansão, rotação e contração, rompendo a ordem atômica inicial.
As consequências das descobertas
As observações reveladas por este método de análise destacaram como as tensões induzidas pelos ciclos de carga alteram irreversivelmente a estrutura dos cátodos, levando a uma redução notável no seu desempenho. As rotações das estruturas cristalinas, inicialmente pequenas, tornam-se mais severas com o tempo, exacerbando a degradação.
Rumo a baterias mais duráveis
Estas descobertas são cruciais para o desenvolvimento futuro da cátodos mais durável e eficiente. Eles abrem caminho para a otimização dos materiais das baterias, com potencial para aumentar a autonomia dos veículos elétricos e, ao mesmo tempo, reduzir custos. Ao identificar as causas profundas da degradação, os investigadores podem agora trabalhar em soluções estruturais para melhorar o desempenho e a vida útil da bateria.
Este trabalho, publicado na revista Science, fornece um roteiro valioso para superar os desafios de sustentabilidade das baterias de iões de lítio, prometendo avanços significativos no desempenho das tecnologias de baterias para veículos eléctricos no futuro.