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Baterias de íons de lítio mais baratas e mais eficientes poderiam ser produzidas aproveitando as altas pressões anteriormente negligenciadas geradas durante o processo de fabricação.
Cientistas da Universidade de Birmingham descobriram que a moagem rotineira de bolas pode causar efeitos de alta pressão nos materiais da bateria em apenas alguns minutos, fornecendo uma variável adicional vital no processo de síntese de materiais de bateria.
A pesquisa (parte do projeto CATMAT financiado pela Faraday Institution), liderada pela Dra. Laura Driscoll, Dra. Elizabeth Driscoll e pelo Professor Peter Slater da Universidade de Birmingham, é publicada em RSC Energia Ciência Ambiental.
O uso de moinho de bolas tem sido uma grande área de crescimento no espaço de baterias de íons de lítio para fabricar materiais de próxima geração. O processo é simples e consiste na moagem de compostos em pó com pequenas bolas que se misturam e tornam as partículas menores, criando materiais de eletrodo de alta capacidade e resultando em baterias de melhor desempenho.
Estudos anteriores levaram os especialistas a acreditar que a síntese desses materiais era causada pelo aquecimento localizado gerado no processo de moagem. Mas agora os pesquisadores descobriram que os impactos dinâmicos das esferas de moagem que colidem com os materiais da bateria criam um efeito de pressão que desempenha um papel importante na causa das mudanças.
Peter Slater, professor de química de materiais e codiretor do Centro de Armazenamento de Energia de Birmingham da Universidade de Birmingham, disse:”Esta descoberta foi quase um acidente. Moemos molibdato de lítio como um sistema modelo para explorar redox de oxigênio em baterias, e notaram que houve uma transformação de fase no polimorfo espinélio de alta pressão, uma estrutura cristalina específica que só foi feita anteriormente sob condições de alta pressão.
“O aquecimento local por si só não poderia explicar esta transformação. Para testar esta teoria, moímos então três outros materiais de bateria e as nossas descobertas destas experiências de moagem reforçaram a nossa conclusão de que o aquecimento local não poderia ser a única razão para estas mudanças.”
Os pesquisadores também descobriram que a aplicação de calor faria com que alguns compostos retornassem ao seu estado pré-moído, o que significa que uma variável adicional estava em jogo na síntese original: a pressão era a chave.
Por exemplo, a produção do polimorfo espinélio de alta pressão de Li2MoO4 só foi alcançada anteriormente em uma câmara de alta temperatura e alta pressão sob uma pressão superior a 10.000 vezes a pressão da atmosfera terrestre. A nova pesquisa mostra, no entanto, que apenas alguns minutos de moagem com bolas podem ter o mesmo efeito.
A co-autora, Elizabeth Driscoll, disse:”Esta descoberta oferece a oportunidade de desenvolver processos mais baratos e com maior eficiência energética para fabricantes de baterias, e também de explorar caminhos para novos materiais. Encontramos resultados semelhantes, por exemplo, quando moemos fases desordenadas de sal rochoso o que pode ser a chave para produzir baterias com melhor desempenho.
“Esta melhor compreensão do efeito da moagem de bolas em materiais de baterias é incrivelmente emocionante para os pesquisadores nesta área, mas também para o futuro do desenvolvimento de baterias, pois fomos capazes de mostrar que, a partir de cinco minutos de moagem de bolas, poderíamos alcançar as transformações que seriam geralmente requerem equipamentos especializados e que consomem muita energia.
“À medida que avançamos em direção a um futuro cada vez mais elétrico, a fim de limitar a poluição e atingir o zero líquido, é vital que continuemos a expandir o nosso conhecimento e compreensão da tecnologia de baterias, para que possamos criar as baterias mais eficientes possíveis. As nossas descobertas abrem a porta para um mundo de novas possibilidades e descobertas e esperamos que desempenhe um papel num futuro mais verde para todos nós.”
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