- Pesquisadores do MIT mostraram que o crescimento de dendritos em eletrólitos sólidos ocorre com estresse menor do que o esperado, devido a reações químicas provocadas pela alta corrente elétrica.
- A técnica de birefringência permitiu medir o estresse ao redor dos dendritos, revelando que quanto mais rápido o dendrito cresce, menor é o estresse ao redor dele, indicando embrittlement do material.
- Observações sugerem que o fluxo de íons de lítio na corrente tende a causar redução química do eletrólito, deixando-o mais frágil e propenso à formação de dendritos.
- A conclusão é que apenas aumentar a resistência mecânica não resolve o problema; é necessário desenvolver eletrólitos quimicamente mais estáveis ou que se tornem mais resistentes durante o funcionamento.
- Os pesquisadores esperam usar a abordagem de observação direta de estresse para orientar a criação de eletrólitos melhores, avançando baterias de estado sólido com maior densidade de energia.
Um estudo do MIT ofereceu novos insights sobre por que as baterias de estado sólido com eletrolito sólido de metal podem apresentar fissuras metálicas que provocam curto-circuito, atrasando a adoção dessa tecnologia.
Os pesquisadores mostraram que o crescimento rápido de dendritos ocorre em regiões com menor estresse mecânico, contrariando a ideia de que o dano vem apenas da pressão física. Reações químicas induzidas por altas correntes também fragilizam o material.
A equipe utilizou uma técnica de visualização para medir o estresse ao redor de dendritos à medida que eles se formavam, revelando que fissuras ocorrem com apenas cerca de 25% do estresse esperado. A publicação é na Nature.
Segundo Cole Fincher, autor principal, o material do eletrólito se torna mais frágil durante a recarga, em comparação com a resistência observada em bancada. Isso indica que soluções puramente mecânicas não basta para evitar danos.
Yet-Ming Chiang, professor de MIT, ressalta que a descoberta aponta para a necessidade de materiais com maior estabilidade química, não apenas maior rigidez mecânica, para permitir baterias de estado sólido com maior densidade energética.
A pesquisa também envolveu colaboração de equipes do MIT e de instituições como University of Michigan e Brown University, com apoio de financiamentos do DOE e NSF, entre outros. O estudo utilizou instalações do MIT.nano.
Os autores defendem que entender as reações químicas associadas ao fluxo de íons pode orientar o desenho de eletrólitos mais resistentes, abrindo caminho para baterias de estado sólido mais seguras e com maior capacidade.
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