Pesquisadores decifram imperfeições em escala atômica em baterias de íon-lítio: equipe usou microscopia de alta resolução aprimorada por aprendizado de máquina profundo

Como as baterias de íons de lítio se tornaram uma parte onipresente de nossas vidas por meio de seu uso em eletrônicos de consumo, automóveis e instalações de armazenamento de eletricidade, os pesquisadores têm trabalhado para melhorar sua potência, eficiência e longevidade.

Conforme detalhado em um artigo publicado hoje na Materiais da Natureza, cientistas da Universidade da Califórnia, Irvine e Brookhaven National Laboratory conduziram um exame detalhado de cátodos em camadas com alto teor de níquel, considerados componentes promissores em baterias de próxima geração. A microscopia eletrônica de super-resolução combinada com o aprendizado de máquina profundo permitiu que a equipe liderada pela UCI decifrasse mudanças mínimas na interface de materiais colocados juntos em baterias de íon-lítio.

“Estamos particularmente interessados ​​no níquel, pois ele pode nos ajudar na transição do cobalto como material catódico”, disse o coautor Huolin Xin, professor de física e astronomia da UCI. “O cobalto é tóxico, por isso é perigoso minerar e manusear, e muitas vezes é extraído sob condições socialmente repressivas em lugares como a República Democrática do Congo”.

Mas para que a mudança seja totalmente realizada, os desenvolvedores de baterias precisam saber o que acontece dentro das células conforme elas são repetidamente descarregadas e recarregadas. Descobriu-se que a alta densidade de energia das baterias de íon-lítio com camadas de níquel causa uma rápida degradação química e mecânica dos materiais componentes das LIBs.

A equipe usou um microscópio eletrônico de transmissão e simulações atomísticas para aprender como as transições de fase de oxidação afetam os materiais da bateria, causando imperfeições em uma superfície bastante uniforme.

“Este projeto, que se baseou fortemente em algumas das tecnologias de microscopia mais poderosas do mundo e em abordagens avançadas de ciência de dados, abre caminho para a otimização de baterias de íon-lítio com alto teor de níquel”, disse Xin. “Saber como essas baterias operam em escala atômica ajudará os engenheiros a desenvolver LIBs com energia e ciclos de vida amplamente aprimorados”.

Financiado pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos, o projeto contou com as instalações do Brookhaven National Laboratory em Upton, Nova York, e do UC Irvine Materials Research Institute. Os co-autores do artigo incluíram Chunyang Wang, bolsista de pós-doutorado da UCI em física e astronomia; Tianjiao Lei, bolsista de pós-doutorado da UCI em ciência e engenharia de materiais; e Kim Kisslinger e Xuelong Wang do Brookhaven National Laboratory.

Com informações de Science Daily.