Pesquisadores combatem a corrosão para revelar a verdadeira forma do lítio pela primeira vez

Preencha o formulário abaixo e enviaremos a você por e-mail uma versão em PDF de "Pesquisadores combatem a corrosão para revelar a verdadeira forma do lítio pela primeira vez"

Preencha o formulário abaixo para desbloquear o acesso a TODOS os artigos de áudio.

Os átomos de lítio em uma superfície formam naturalmente um dodecaedro rômbico – uma forma de 12 lados semelhante a um dado d12 – quando são protegidos da corrosão. A descoberta pode ter consequências importantes para o desenvolvimento de baterias metálicas de lítio seguras, que até agora têm sido dificultadas por crescimentos imprevisíveis de lítio que representam riscos de incêndio. A pesquisa é publicada na Nature.

Baterias recarregáveis ​​de íons de lítio podem ser encontradas em quase todos os lares, alimentando tudo, desde smartphones até veículos elétricos. Eles também são amplamente utilizados para aplicações de armazenamento de energia industrial, como armazenar o excesso de energia produzida a partir de energia solar e eólica em horários de pico.

As baterias de íons de lítio retêm energia armazenando átomos de lítio carregados positivamente em uma estrutura de carbono semelhante a uma gaiola que reveste um eletrodo. Mas antes de existirem baterias de íon-lítio, existiam baterias de metal-lítio. Em vez de carbono, uma bateria de metal de lítio reveste o eletrodo com uma fina folha de metal de lítio puro. Esta pequena mudança pode armazenar até 10 vezes mais lítio no mesmo espaço em comparação com as baterias de íons de lítio, resultando em um desempenho significativamente melhorado.

Mas as baterias recarregáveis ​​de metal de lítio também são muito mais perigosas. O lítio metálico é altamente reativo, a ponto de a corrosão começar a se instalar quase imediatamente durante a deposição do metal em um eletrodo. Isso pode fazer com que os átomos de lítio formem pontas e ramificações microscópicas que, se entrarem em contato, podem causar um curto-circuito.

A inclusão de eletrólito em uma bateria de metal de lítio também afetará as formas que essa superfície de lítio assume, e é em parte por isso que as baterias de metal de lítio ainda são consideradas seguras para uso em algumas indústrias. Até agora, a visão predominante era que a escolha do eletrólito era um fator importante para determinar se o lítio formaria formas grossas, pontiagudas ou colunares na superfície do eletrodo.

“Queríamos ver se poderíamos depositar lítio tão rapidamente que superássemos a reação que causa o filme de corrosão”, disse o estudante de doutorado da Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA), Xintong Yuan, o primeiro autor do estudo. “Dessa forma, poderíamos ver como o lítio quer crescer na ausência desse filme.”

Os pesquisadores desenvolveram uma nova técnica que deposita lítio mais rapidamente do que os métodos tradicionais. Ao passar a corrente através de um eletrodo muito menor, os pesquisadores foram capazes de efetivamente empurrar a eletricidade com mais rapidez e acelerar o processo de deposição – da mesma forma que a água empurrada através de uma mangueira parcialmente bloqueada será expelida com mais força.

Esta técnica foi usada para estabelecer o metal de lítio usando quatro eletrólitos diferentes, com a forma dos depósitos de lítio sendo analisada por meio de imagens de microscopia crioeletrônica (crio-EM). As formas observadas foram comparadas com amostras adicionais feitas em condições semelhantes, mas utilizando a técnica de deposição mais tradicional.

A nova técnica de deposição ultrarrápida foi tão rápida que ultrapassou a corrosão natural do lítio.

Assine o boletim informativo diário da Technology Networks, que entrega as últimas notícias científicas diretamente em sua caixa de entrada todos os dias.

Com a corrosão, o lítio formou quatro formas microscópicas distintas. Mas usando o processo ultrarrápido e livre de corrosão, o lítio sempre formou formas de dodecaedro em microescala na superfície do eletrodo. Os pesquisadores dizem que isso provavelmente reflete a “verdadeira” forma do lítio, nos casos em que não é permitido corroer.

“Existem milhares de artigos sobre o metal lítio, e a maioria das descrições da estrutura é qualitativa, como 'robusta' ou 'semelhante a uma coluna'”, disse Yuzhang Li, autor correspondente do estudo e professor assistente de engenharia química e biomolecular na a Escola de Engenharia UCLA Samueli.