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A NIMS e a SoftBank Corp. desenvolveram em conjunto um modelo capaz de prever o ciclo de vida de baterias de lítio-metal de alta densidade energética aplicando métodos de aprendizado de máquina aos dados de desempenho da bateria. O modelo provou ser capaz de estimar com precisão a longevidade das baterias analisando seus dados de processo de carga, descarga e relaxamento de tensão sem depender de nenhuma suposição sobre mecanismos específicos de degradação da bateria. Espera-se que a técnica seja útil para melhorar a segurança e a confiabilidade de dispositivos alimentados por baterias de lítio-metal.
As baterias de lítio-metal têm o potencial de atingir densidades de energia por unidade de massa maiores do que as das baterias de íons de lítio atualmente em uso. Por esse motivo, as expectativas são altas para seu uso em uma ampla gama de tecnologias, incluindo drones, veículos elétricos e sistemas de armazenamento de eletricidade doméstica. Em 2018, a NIMS e a SoftBank estabeleceram o NIMS-SoftBank Advanced Technologies Development Center. Juntos, eles realizaram pesquisas sobre baterias recarregáveis de alta densidade energética para uso em vários sistemas, como estações base de telefonia móvel, Internet das Coisas (IoT) e estações de plataforma de alta altitude (HAPS).
Uma bateria de lítio-metal com uma densidade de energia maior que 300 Wh/kg e uma vida útil de mais de 200 ciclos de carga/descarga foi relatada anteriormente. Colocar baterias de lítio-metal de alto desempenho como essa em uso prático, ao mesmo tempo em que garante sua segurança, exigirá o desenvolvimento de técnicas capazes de estimar com precisão os ciclos de vida dessas baterias. No entanto, os mecanismos de degradação são mais complexos em baterias de lítio-metal do que em baterias de íons de lítio convencionais e ainda não são totalmente compreendidos, tornando o desenvolvimento de modelos capazes de prever os ciclos de vida de baterias de lítio-metal um grande desafio.
Esta equipe de pesquisa fabricou um grande número de células de bateria de lítio-metal de alta densidade energética — cada uma composta de um ânodo de lítio-metal e um cátodo rico em níquel — usando técnicas avançadas de fabricação de baterias que a equipe havia desenvolvido anteriormente. A equipe então avaliou o desempenho de carga/descarga dessas células. Finalmente, a equipe construiu um modelo capaz de prever o ciclo de vida das baterias de lítio-metal aplicando métodos de aprendizado de máquina aos dados de carga/descarga. O modelo provou ser capaz de fazer previsões precisas analisando dados do processo de carga, descarga e relaxamento de tensão sem depender de nenhuma suposição sobre mecanismos específicos de degradação da bateria.
A equipe pretende melhorar ainda mais a precisão da previsão do ciclo de vida do modelo e agilizar os esforços para colocar baterias de lítio-metal de alta densidade energética em uso prático, aproveitando o modelo no desenvolvimento de novos materiais de ânodo de lítio-metal.
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