Uma equipa da Universidade de Harvard desenvolveu uma bateria de estado sólido que permite alcançar uma densidade de corrente ultra-alta sem penetração de dendrites de lítio. O estudo foi publicado na revista Nature.
Um grande desafio com as baterias de lítio é a formação de dendrites, ou pequenos filamentos de fibra de lítio, na superfície do ânodo. Estas estruturas semelhantes a agulhas formam-se no eletrólito e perfuram o separador, provocando o curto-circuito da bateria e até mesmo incêndios.
Embora se espere que os eletrólitos de estado sólido suprimam a formação de dendrites, fissuras microscópicas podem frequentemente ocorrer durante a montagem das baterias ou ciclos de longa duração. Uma vez formadas as fissuras, a penetração de dendrites de lítio é inevitável, segundo os investigadores.
Para superar este desafio, a equipa, concebeu uma bateria multicamadas, como uma sanduiche de diferentes materiais e diferentes estabilidades entre o ânodo e o cátodo. Esta bateria multicamadas e multimateriais impede a penetração de dendrites de lítio – não pára completamente o fenómeno, mas controla-o.
O primeiro eletrólito é mais estável com lítio, mas propenso à penetração de dendrites. O segundo eletrólito é menos estável, mas parece imune às dendrites. Neste desenho, as dendrites podem crescer através do grafite e do primeiro eletrólito, mas são parados quando atingem o segundo.
A bateria tem ainda capacidade de se ‘curar’, uma vez que a sua química permite-lhe preencher as fendas criados pelas dendrites, e tem uma vida útil mínima de 10.000 ciclos.
Um dos investigadores salienta que “este projeto mostra que as baterias de estado sólido de metal de lítio podem ser competitivas com as baterias de iões de lítio. E a flexibilidade e versatilidade de nosso design multicamadas torna-o potencialmente compatível com os procedimentos de produção em massa na indústria de baterias”.