As baterias de lítio-íon podem ter sua vida útil prolongada graças a uma descoberta importante. Uma equipe de pesquisadores identificou um mecanismo inédito de degradação relacionado à descarga profunda.
Os cientistas da Universidade POSTECH e da Universidade Sungkyunkwan revelaram um fenômeno chamado 'reação quase-conversão'. Esse processo, que ocorre durante a descarga, leva à formação de óxido de lítio e acelera o desgaste das baterias, especialmente aquelas com cátodos ricos em níquel.
As baterias de lítio-íon frequentemente usam cátodos de níquel-manganês-cobalto (NMC). A indústria aumentou o teor de níquel para reduzir custos, mas isso também diminui a longevidade das baterias. O novo estudo revela que a descarga profunda é um fator chave nessa degradação.
Ao contrário do que se pensava, não é a sobrecarga, mas a descarga que causa a perda de oxigênio na superfície do cátodo. Essa perda reage com o lítio para formar óxido de lítio, gerando gases e danificando a bateria. Os testes mostraram que baterias ricas em níquel são mais sensíveis a esse fenômeno.
A solução proposta é simples: evitar descargas completas. Baterias testadas com esse método mantiveram 73,4% de sua capacidade após 300 ciclos, contra apenas 3,8% para aquelas descarregadas profundamente.
Essa descoberta abre caminho para baterias mais duráveis. Os pesquisadores destacam a importância de considerar a descarga no desenvolvimento das futuras baterias de lítio-íon.
Comparação do desempenho das baterias de acordo com o modo de descarga.
Crédito: POSTECH Por que os cátodos ricos em níquel são mais sensíveis à degradação?
Os cátodos ricos em níquel são preferidos por sua alta capacidade energética e custo reduzido em comparação com cátodos contendo cobalto. No entanto, sua estrutura os torna mais vulneráveis à degradação durante a descarga.
O alto teor de níquel favorece a perda de oxigênio na superfície do cátodo, um fenômeno que se intensifica com a descarga profunda. Essa perda de oxigênio leva à formação de óxido de lítio e a reações secundárias com o eletrólito.
Essas reações não apenas reduzem a capacidade da bateria, mas também causam inchaço e degradação acelerada. Os pesquisadores observaram que esses efeitos são significativamente menos pronunciados quando a bateria não é descarregada completamente.
Essa maior sensibilidade dos cátodos ricos em níquel à descarga profunda ressalta a importância de desenvolver estratégias de uso otimizadas para maximizar sua vida útil.
Fonte: Advanced Energy Materials