Pesquisadores da Universidade do Arkansas desenvolveram uma nova tecnologia de revestimento nanométrico que pode efetivamente melhorar o desempenho cíclico de baterias de íon-lítio. A pesquisa, liderada pelo Professor Associado de Engenharia Mecânica da Universidade do Arkansas, Xiangbo Meng (Henry Meng), foi publicada na revista Small.
A equipe de pesquisa focou-se em materiais catódicos de óxido metálico com estrutura em camadas, particularmente o óxido de lítio-níquel-manganês-cobalto, conhecido como NMC811. Este material atrai atenção devido ao seu custo relativamente baixo e alta densidade energética, mas libera oxigênio durante os ciclos de carga e descarga, levando à degradação do desempenho da bateria. Pode também gerar gases e subprodutos devido à oxidação do eletrólito, representando até mesmo riscos de segurança.
Para resolver este problema, os pesquisadores aplicaram um revestimento de sulfeto de zircônio de apenas dois nanômetros de espessura em cátodos NMC811 pré-fabricados, utilizando a técnica de deposição de camada atômica. Experimentos mostraram que este revestimento de sulfeto se converte in situ em sulfato (ZrS₂ converte-se em Zr(SO₄)₂) durante a operação da bateria. Este processo de conversão captura efetivamente o oxigênio liberado pelo cátodo, protegendo o eletrólito da bateria contra a decomposição. Além disso, a camada de sulfato formada pode suprimir reações secundárias prejudiciais, estabilizar a interface entre o cátodo e o eletrólito, reduzir microtrincas e manter a estabilidade estrutural do cátodo.
Resultados de testes de desempenho mostraram que um cátodo NMC811 não revestido manteve apenas cerca de 200 ciclos, enquanto com o revestimento de sulfeto, o desempenho cíclico melhorou para mais de 1000 ciclos. Após 1300 ciclos, a bateria ainda manteve 60% da sua capacidade de carga.
Meng Xiangbo afirmou que os sulfetos são uma nova classe de materiais de revestimento que podem se converter in situ em sulfatos dentro da bateria, formando uma camada protetora "robusta, limpa e resistente à oxidação". Atualmente, sua equipe já validou o efeito de conversão de vários sulfetos (como Li₂S, ZrS₂, Al₂S₃, ZnS e Cu₂S), e pesquisas relacionadas continuam em andamento.
Este estudo aprofunda a compreensão da engenharia de interfaces, abrindo um novo caminho tecnológico para a aplicação comercial de cátodos NMC811. Esta tecnologia pode no futuro ser aplicada em cátodos de baterias para dispositivos como telefones celulares e laptops, prolongando sua vida útil e aumentando a segurança.
O primeiro autor do artigo é Kevin Velasquez Carballo, doutorando no Laboratório de Nano e Energia de Meng Xiangbo, que realizou os testes do revestimento catódico utilizando células tipo moeda no laboratório. Os coautores incluem pesquisadores da Universidade do Arkansas, da Universidade do Arkansas em Little Rock e do Laboratório Nacional Argonne. Meng Xiangbo revelou que várias grandes empresas de tecnologia já demonstraram interesse nos resultados da pesquisa e planejam colaborar com o Laboratório Nacional Argonne para testar ainda mais esta tecnologia de revestimento em diferentes tipos de baterias.
Informações da publicação: Autores: Kevin Velasquez Carballo et al., Título: "A Sulfide Coating That Scavenges Oxygen Enables Long-Term Stability of Ni-Rich Cathodes", Publicado em: Small, 2025. Informações da revista: Small
