Os pesquisadores se propuseram a estudar a cinética da deposição de lítio durante os ciclos de carregamento em uma bateria. Ao alterar parâmetros diferentes, eles descobriram que é bastante fácil colocar o lítio na forma amorfa, que é superior em nível eletromecânico.
Quanto mais amorfo um metal se torna, melhores são suas propriedades eletroquímicas em uma bateria. No entanto, o lítio aparece principalmente na forma cristalina – levando a uma série de problemas com seu comportamento nas baterias de íons de lítio.

A produção de metais amorfos é particularmente desafiadora. No entanto, uma equipe de pesquisadores de materiais de baterias descobriu recentemente uma maneira de criar metais amorfos, incluindo lítio, nas baterias – mais ou menos por acidente. A equipe dos Laboratórios Nacionais de Idaho e da Universidade de San Diego conduziu uma pesquisa sobre o que acontece no nível atômico durante os primeiros momentos de recarga de uma bateria de íons de lítio.

Os pesquisadores discutiram a reversibilidade eletroquímica do lítio no “ânodo de metal Li Glassy para baterias Li recarregáveis ​​de alto desempenho”, publicado recentemente na Nature Materials. Essa reversibilidade determina a morfologia do lítio e suas propriedades elétricas. Portanto, entender melhor esse processo pode levar ao desenvolvimento de baterias de alto desempenho.

Ao carregar uma bateria, seus íons de lítio se depositam no ânodo. A primeira etapa do processo é conhecida como nucleação, onde a primeira parcela de íons metálicos forma um ponto de partida a partir do qual o restante do grão de metal cristalino cresce. Usando uma microscopia eletrônica de transmissão criogênica, a equipe conseguiu visualizar a deposição inicial de metal de lítio no ânodo pela primeira vez. Como os depósitos de lítio na forma cristalina, é a nucleação primária que determina a maneira pela qual o lítio restante cresce em torno dele. Os pesquisadores apelidaram esse processo de “crescimento de embriões de lítio”.

“Dependendo da interação atômica durante a nucleação inicial (por exemplo, a densidade de empacotamento do átomo, transferência de massa e transferência de energia), a nanoestrutura dos núcleos de lítio pode variar de desordenada para ordenada, o que eventualmente molda a microestrutura final e afeta o desempenho” de acordo com o artigo Nature Materials.

Quando o lítio se torna cristalino demais, ele carrega inconsistentemente e, posteriormente, leva à formação de dendritos – o crescimento de cristais de formas irregulares. Tais dendritos reduzem consideravelmente a vida útil da bateria.

“O poder da imagem criogênica para descobrir novos fenômenos na ciência dos materiais é mostrado neste trabalho”, disse Shirley Meng, que liderou o trabalho pioneiro de crio-microscopia da UC San Diego. “É o verdadeiro trabalho em equipe que nos permitiu interpretar os dados experimentais com confiança, porque a modelagem computacional ajudou a decifrar a complexidade”.

Para surpresa dos pesquisadores, seus experimentos permitem observar pela primeira vez o metal elementar amorfo puro. Pareceu também que as taxas de carregamento lentas oferecem condições favoráveis ​​ao crescimento amorfo do lítio. Anteriormente, os pesquisadores haviam assumido que taxas mais baixas de carregamento levariam a taxas mais baixas de deposição, dando aos íons de lítio mais tempo para encontrar uma estrutura ordenada para se organizar, transformando-se em lítio cristalino desfavorável.

Fonte: https://www.pv-magazine.com/2020/08/03/amorphous-lithium-discovery-could-lead-to-new-high-performance-batteries/