Oscilações periódicas de tensão permitem ‘enxergar’ o interior de baterias de lítio

Técnicos diagnosticando e desmontando baterias de carro de íon de lítio. O novo estudo pode no futuro possibilitar que o diagnóstico seja feito sem desmontar a bateria ( imagem: Shutterstock )

Modelo matemático desenvolvido por pesquisadores da Unicamp revela que pequenas flutuações na diferença de potencial elétrico podem funcionar como uma ferramenta para caracterizar a microestrutura dos eletrodos e acompanhar a degradação das baterias

Modelo matemático desenvolvido por pesquisadores da Unicamp revela que pequenas flutuações na diferença de potencial elétrico podem funcionar como uma ferramenta para caracterizar a microestrutura dos eletrodos e acompanhar a degradação das baterias

Técnicos diagnosticando e desmontando baterias de carro de íon de lítio. O novo estudo pode no futuro possibilitar que o diagnóstico seja feito sem desmontar a bateria ( imagem: Shutterstock )

José Tadeu Arantes | Agência FAPESP – Monitorar a vida útil de uma bateria de íon-lítio sem precisar desmontá-la. Essa é a perspectiva aberta por um estudo publicado em maio por pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e colaboradores na revista Cell Reports Physical Science . Ao criar um modelo computacional avançado para investigar essas fontes de energia, os cientistas descobriram que as oscilações naturais de tensão funcionam como um “raio-X” do sistema, revelando o formato microscópico de seus materiais e a velocidade das reações químicas que ocorrem lá dentro. O achado abre caminho para criar diagnósticos rápidos e de baixo custo na área de armazenamento de energia.

As baterias de íons de lítio estão presentes em uma enorme variedade de equipamentos, dos pequenos dispositivos eletrônicos, como celulares, notebooks, câmeras e ferramentas portáteis, aos veículos elétricos. Em escala ainda maior, são utilizadas em sistemas estacionários de armazenamento de energia, inclusive para guardar eletricidade produzida por fontes intermitentes, como a solar e a eólica, ajudando a equilibrar a oferta e a demanda nas redes elétricas.

Financiado pela FAPESP por meio de três projetos ( 20/12632-5 , 23/08663-0 e 24/03807-7 ), o trabalho foi coordenado por Raphael Nagao , professor do Instituto de Química (IQ) da Unicamp. O primeiro autor é o doutorando Eduardo Parma , orientado por Nagao.

“As oscilações revelam características da nanoestrutura dos eletrodos e da velocidade com que os íons de lítio se deslocam de um eletrodo a outro. Essa relação poderá servir de base para métodos simples e baratos de monitoramento do envelhecimento e do estado de saúde das baterias”, diz Parma. “O objetivo é aproveitar esse comportamento espontâneo para extrair informações que normalmente são muito difíceis de acessar”, acrescenta Nagao.

O pesquisador sublinha que esse comportamento oscilatório é conhecido em muitos sistemas naturais. O batimento cardíaco, por exemplo, também corresponde a uma variação periódica de tensão elétrica, registrada pelo eletrocardiograma. Nas baterias, o fenômeno foi observado inicialmente em 2018. Mas ninguém havia explicado até agora como o processo ocorre. “O Eduardo traduziu esse comportamento oscilatório em equações matemáticas.