Revolução das baterias: descobertas com microscopia de raios X para maior durabilidade e eficiência

São PauloRecentes avanços na tecnologia de baterias estão melhorando o armazenamento de energia com o uso de técnicas avançadas de microscopia de raios X. Cientistas estão focando em melhorar a capacidade das baterias de íon-lítio utilizando óxidos de metais de transição ricos em lítio em camadas (LRTMOs) para os cátodos das baterias. Esses materiais têm potencial para alta energia, mas tendem a se deteriorar rapidamente após vários ciclos de carga. Pesquisadores de diversas instituições chinesas, junto com especialistas em microscopia de raios X do BESSY II, estão investigando as mudanças estruturais e químicas que causam esse envelhecimento acelerado.

Pesquisadores do BESSY II estão utilizando uma ferramenta especial chamada microscópio de transmissão de raios X (TXM) para examinar minuciosamente os componentes minúsculos dos materiais de bateria. Este novo método permite que eles explorem:

• Tomografia 3D e nanospectroscopia de materiais.
• Visualização de distorções locais da rede cristalina e transições de fase na escala nanométrica.
• Imagens de níveis de energia específicos de elementos, proporcionando uma visão estrutural em quatro dimensões.

Novas técnicas estão transformando nossa compreensão das baterias de íon-lítio em um nível minucioso. O estudo de raio-X do Dr. Peter Guttmann, aliado a outros testes detalhados, oferece informações valiosas. Carregar as baterias lentamente parece causar mudanças indesejadas e a perda de oxigênio, enquanto o carregamento rápido provoca alterações estruturais e distribuição desigual dos íons de lítio. Essa análise detalhada das mudanças nas baterias auxilia os pesquisadores no desenvolvimento de baterias que duram mais e apresentam melhor desempenho.

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Este estudo vai além do interesse acadêmico. Com o aumento da demanda global por armazenamento de energia eficiente, as indústrias estão em busca de baterias duráveis e de longa duração. Compreendendo o comportamento estrutural e químico dos LRTMOs, os fabricantes podem desenvolver cátodos que permanecem estáveis em vários ciclos de carga. Isso pode resultar em baterias mais duráveis para veículos elétricos, eletrônicos portáteis e sistemas de armazenamento de energia renovável.

A pesquisa destaca a importância de se estudar o comportamento dos materiais em tempo real durante a carga e descarga de baterias. Cientistas utilizam microscopia de raios X para identificar problemas e criar soluções. Este trabalho tem como objetivo tornar as baterias mais robustas, eficientes e indispensáveis para a energia sustentável.