De acordo com pt.wedoany.com-Uma equipa de investigação do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e da Universidade Técnica de Munique (TUM) identificou com precisão a causa raiz da formação de dendritos em baterias de estado sólido e propôs um método de supressão.
A equipa descobriu que os dendritos em baterias de estado sólido têm origem em desequilíbrios elétricos ocultos nos limites de contacto dos grãos do eletrólito. Estes desequilíbrios elétricos bloqueiam os iões de lítio e capturam eletrões em fuga, perturbando a condução normal de carga. Ao ajustar o processo de tratamento do eletrólito, os investigadores minimizaram estas armadilhas elétricas, reduzindo eficazmente a fuga de eletrões. Este ajuste aumentou a densidade de corrente crítica do material em mais de 300%, prometendo baterias de estado sólido com carregamento mais rápido e maior durabilidade.
As baterias de estado sólido substituem o eletrólito líquido das baterias de iões de lítio por um eletrólito sólido cerâmico ou polimérico. No entanto, na prática, os curtos-circuitos causados por dendritos têm dificultado o seu desenvolvimento. Os dendritos são minúsculos espigões de lítio metálico que perfuram o eletrólito sólido. O eletrólito sólido é composto por milhares de milhões de cristais individuais (grãos) de tamanho micrométrico, compactados, separados por fronteiras de grão microscópicas. Há muito que se suspeita que estas fronteiras de grão possuem propriedades químicas e elétricas únicas, bloqueando iões, permitindo a fuga de eletrões e desencadeando dendritos de curto-circuito, mas o mecanismo exato que impulsiona esta interação destrutiva era até agora desconhecido.
Neste estudo, os investigadores revelaram o mecanismo de interferência ao modelar como os desequilíbrios elétricos locais nas fronteiras de grão perturbam o movimento de carga. Testaram o material eletrólito de estado sólido — zirconato de lantânio e lítio (LLZO) — usando microscopia eletrónica, aprendizagem automática e técnicas espectroscópicas avançadas. Os resultados mostraram que o núcleo da fronteira de grão possui carga local, bloqueando iões de lítio e capturando eletrões. A acumulação de eletrões reduz a carga dos iões de lítio próximos, forçando-os a solidificar em dendritos metálicos que danificam a bateria. Com base nestas descobertas, os investigadores ajustaram as condições de tratamento do eletrólito LLZO para minimizar a carga negativa nas fronteiras de grão. O eletrólito modificado permite que os iões de lítio passem rapidamente, suprimindo simultaneamente a fuga de eletrões. A correção foi notável: o novo material suportou uma densidade de corrente crítica mais de 300% superior à das amostras padrão, sem formação de dendritos. O estudo foi liderado pelo Professor Harry Tuller do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais do MIT e os resultados foram publicados na revista Nature Nanotechnology.
