Ciência

Por que baterias não carregam em poucos minutos? Cientistas explicam

O estudo tinha como objetivo entender o motivo pelo qual o desempenho das baterias de lítio-íon de carga rápida se degrada em veículos elétricos.

Por: Redação em 4 de dezembro de 2021

Baterias capazes de carregar rapidamente parecem ser, a princípio, um grande facilitador para nossa vida. Mas cientistas do Laboratório Nacional de Argonne, do Departamento de Energia dos Estados Unidos, descobriram que isso pode não ser tão benéfico quanto imaginamos — e eles explicam o porquê em artigo publicado no periódico Journal of the Electrochemical Society.

O estudo tinha como objetivo entender o motivo pelo qual o desempenho das baterias de lítio-íon de carga rápida se degrada em veículos elétricos. A principal conclusão gira em torno do comportamento químico de um dos terminais da bateria e de um processo chamado intercalação.

Antes, vale entender a estrutura do dispositivo. Uma bateria de lítio-íon contém um cátodo positivamente carregado e um ânodo negativamente carregado. Ambos estão separados pelo eletrólito, material que movimenta os íons de lítio entre eles.

O ânodo é feito de grafite — que, por sua vez, é constituído por pequenas partículas dentro das quais os íons de lítio se inserem durante a intercalação. Quando esse processo é bem sucedido, a bateria carrega e descarrega adequadamente.

Acelerar o carregamento do aparelho gera dificuldades justamente nessa etapa. Em vez de os íons entrarem de forma suave no grafite, eles tendem a se juntar no topo da superfície do ânodo, o que pode resultar em danos críticos para a bateria. “Essa é uma das principais causas por trás do desempenho debilitado no carregamento rápido”, afirma, em nota, o pesquisador Daniel Abraham.

Além disso, a equipe percebeu que, ao carregar a bateria rapidamente, uma série de produtos que formam reações químicas ficam acumulados dentro dos poros do eletrodo. Como resultado, o próprio ânodo sofre irreversivelmente, prejudicando a performance do dispositivo.

Outro fator apresentado no artigo diz respeito a mudanças nas partículas de grafite. A nível atômico, a estrutura delas acaba distorcida em decorrência dos repetidos processos de carregamento rápido, também atrapalhando a intercalação. “Isso impede que os íons de lítio encontrem seu ‘lar’ dentro das partículas”, explica Abraham.

Portanto, quanto mais rápido carregamos a bateria, mais atomicamente desordenada a estrutura se torna e mais ela atrapalha a movimentação dos íons. “A chave é encontrar caminhos para prevenir a perda de organização ou, de algum jeito, modificar as partículas de grafite para que os íons de lítio passem pela intercalação com mais eficiência”, diz o pesquisador.

Fonte: revistagalileu