Em um artigo publicado na revista Joule, uma equipe de pesquisa da Universidade McGill e da Universidade do Quebec em Montreal (UQAM) anunciou o desenvolvimento de um método inovador que permite observar em tempo real os processos físicos que ocorrem nas partes líquida e sólida das células que compõem a bateria de íons de lítio, comumente chamada de "bateria de Li-ion".
A compreensão aprofundada dos fatores que afetam a velocidade de carga e descarga das baterias de Li-ion, proporcionada por esta descoberta, poderá acelerar o processo de recarga de dispositivos eletrônicos e de veículos de uso comum e essenciais: como laptops, telefones celulares, bicicletas, scooters e carros elétricos.
Sob a liderança de Janine Mauzeroll e Steen B. Schougaard, ambos professores de química nas universidades McGill e UQAM, respectivamente, a equipe de pesquisa colaborou com uma instalação de radiação síncrotron, a European Synchrotron Radiation Facility (ESRF). Usando raios X extremamente intensos, a equipe conseguiu observar, em tempo real, as variações de concentração de lítio que ocorrem nas células de uma bateria de Li-ion durante sua carga ou descarga.
"Durante a carga ou descarga da bateria, o lítio se move dentro da célula, tanto em um eletrólito líquido quanto em um material ativo sólido, e a rapidez de seu percurso geralmente depende da velocidade com que ele pode se deslocar de um lado para o outro da célula, atravessando essas duas fases", explica Jeremy Dawkins, que trabalhou neste projeto como doutorando nos laboratórios dos Profs. Schougaard e Mauzeroll. "Somos os primeiros a descrever um método que permite monitorar o movimento do lítio nas fases líquida e sólida de uma bateria de Li-ion em funcionamento e, ao mesmo tempo, quantificar o desempenho de uma célula em nível molecular."
Este avanço poderá ter um impacto significativo não apenas na pesquisa altamente especializada no campo das baterias, mas também no dia a dia de todos, ou seja, usuários de dispositivos eletrônicos e de veículos elétricos. "O valor dessas pesquisas é que elas oferecem às equipes um instrumento inovador para estudar a performance das baterias de Li-ion, o que abre várias possibilidades que antes não eram consideradas", continua Jeremy Dawkins. "Esperamos que elas impulsionem o avanço nas pesquisas sobre baterias, talvez através de uma evolução muito mais rápida na arquitetura das eletrodos. A performance das baterias que utilizamos no dia a dia poderia ser significativamente melhorada."
A equipe de pesquisa comemora o sucesso do estudo apesar dos desafios impostos pela COVID-19. Enquanto os pesquisadores das universidades McGill e UQAM estavam em Montreal, a ESRF - onde foram realizados os cálculos - está localizada em Grenoble, na França. Em 2020, quando as restrições de viagem foram impostas devido à pandemia, o futuro do estudo tornou-se incerto. "A Faculdade de Ciências da McGill e da UQAM concederam exceções que permitiram a deslocação de membros da equipe para que as avaliações pudessem ser realizadas", lembra-se a Profa. Mauzeroll. "Nossos colegas da ESRF na França fizeram o impossível para avaliar nossas amostras em plena pandemia", adiciona Jeremy Dawkins. "Com determinação e um pouco de sorte, conseguimos realizar as avaliações de que precisávamos no curto tempo que tínhamos."
O estudo Mapping the total lithium inventory of Li-ion batteries por Jeremy Dawkins, Janine Mauzeroll, et al, foi publicado na Joule.