Com a contínua expansão do mercado de veículos elétricos, a procura por baterias com maior autonomia e vida útil mais longa está a aumentar. As baterias de lítio metálico, uma tecnologia de próxima geração capaz de ultrapassar os limites de capacidade das baterias de iões de lítio atuais, têm atraído atenção. No entanto, as estruturas cristalinas em forma de agulha – os dendritos – que se formam durante o processo de carregamento, encurtam a vida útil da bateria e aumentam os riscos de segurança. Este problema é considerado o principal obstáculo à sua comercialização. Uma equipa de investigação coreana anunciou recentemente o desenvolvimento de uma tecnologia fundamental que pode resolver este desafio.
Uma equipa de investigação colaborativa, composta pelo Professor Nam-Hoon Choi do Departamento de Engenharia Química e Biológica do KAIST (Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia), pelo Professor Seong-Hwan Hong do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais, e pelo Professor Sang-Gyu Kwak da Universidade da Coreia, desenvolveu uma tecnologia que resolve o problema da instabilidade interfacial em baterias de lítio metálico a nível da estrutura eletrónica. Os resultados desta investigação foram publicados na revista científica InfoMat.
A instabilidade interfacial refere-se ao fenómeno em que a interface entre o elétrodo e o eletrólito não consegue manter-se uniforme durante os ciclos de carga e descarga. Isto leva ao crescimento do lítio na forma de dendritos, o que afeta o desempenho cíclico da bateria, pode causar curtos-circuitos internos e reduzir a estabilidade térmica. Esta é a causa fundamental que limita a comercialização das baterias de lítio metálico.
A equipa de investigação construiu uma camada de proteção inteligente, adicionando tiofeno ao eletrólito da bateria, permitindo que os iões de lítio se movam de forma estável ao longo da superfície do elétrodo. A característica desta camada protetora reside na sua capacidade de reorganização espontânea da estrutura eletrónica. A equipa confirmou este mecanismo através de simulações de teoria do funcional da densidade (DFT) e verificou que a sua estabilidade é superior à dos aditivos comerciais existentes. Em condições de carregamento rápido, esta tecnologia suprimiu eficazmente o crescimento de dendritos e prolongou significativamente a vida útil da bateria.
A equipa também utilizou microscopia de força atómica in situ para observar o interior da bateria à escala nanométrica, descobrindo que, sob condições de alta densidade de corrente, o lítio depositava-se e era removido de forma uniforme na superfície do elétrodo, confirmando a sua estabilidade mecânica.
Esta tecnologia pode ser aplicada a vários materiais catódicos amplamente utilizados atualmente, incluindo fosfato de ferro-lítio (LFP), óxido de cobalto e lítio (LCO) e materiais ternários (NCM/NCA). Por não estar limitada a um tipo específico de bateria, pode ser aplicada aos sistemas de baterias existentes para veículos elétricos, prevendo-se que terá um impacto industrial considerável.
Na experiência, a equipa conseguiu um carregamento rápido em 12 minutos e operação estável sob condições de alta densidade de corrente superiores a 8 mA/cm². Na investigação de baterias de lítio metálico, 4 mA/cm² é geralmente considerado uma condição de alta densidade de corrente; este resultado atinge mais do dobro desse valor, aproximando-se dos cenários de carregamento rápido, aceleração brusca e condução de alta potência dos veículos elétricos no uso real.
A tecnologia tem potencial para ser aplicada em áreas como veículos elétricos de autonomia ultra-longa, mobilidade aérea urbana (UAM) e sistemas de armazenamento de energia de alta densidade de próxima geração.
O Professor Nam-Hoon Choi afirmou: "Esta investigação não é uma simples melhoria de materiais, mas sim uma resolução do problema fundamental da bateria através do design da estrutura eletrónica. Tornar-se-á uma tecnologia central fundamental para baterias de veículos elétricos de próxima geração que simultaneamente permitam carregamento rápido e longa vida útil."
Detalhes da publicação: Autores: Jeong-A. Lee et al., Título: «Camada interfacial mediada por conjugação e com polaridade comutável para ciclagem rápida em baterias de lítio metálico», publicado no InfoMat (2026). Informação da revista: InfoMat
