Iões de lítio formam agregados nos eletrólitos das baterias

Durante muito tempo, os cientistas de baterias partiram do princípio de que os iões de lítio se deslocam no líquido do interior da célula sobretudo sozinhos. Uma equipa da Universidade de Columbia afirma agora que, com frequência, não é assim. Num estudo publicado na Nature, os investigadores constataram que até 40 % dos iões de lítio nos eletrólitos padrão se agrupam em aglomerados de vários iões, e que esse agrupamento aumenta à medida que a concentração de sal sobe.

O eletrólito é o líquido que transporta os iões de lítio entre os elétrodos da bateria. É também ele que impulsiona a formação da interfase sólida de eletrólito, uma película protetora fina no ânodo que influencia tanto a duração como a segurança da bateria. Até agora, a estrutura à escala atómica por detrás desta película era difícil de determinar. O estudo foi coordenado por Richard Friesner, do Departamento de Química da Universidade de Columbia, com Alexander Urban, Lauren Marbella e Daniel Steingart, da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas. As simulações basearam-se em tecnologia de campos de força de aprendizagem automática fornecida pela Schrödinger Inc., com o apoio do Centro de Biologia Estrutural de Nova Iorque.

As simulações mostraram os iões de lítio a agruparem-se mesmo sem aniões, os iões de carga negativa que se pensava serem necessários para tais agrupamentos. Os cálculos de química quântica indicam que estes aglomerados de lítio são invulgarmente fáceis de reduzir, ou seja, captam eletrões com facilidade. Isto torna-os prováveis candidatos às etapas intermédias que constroem a película protetora, que os investigadores descrevem como essencial para a longevidade e a segurança.

As simulações foram apenas metade do trabalho. A escola de engenharia de Columbia realizou experiências e a equipa refere que as suas simulações de aprendizagem automática apresentaram uma forte concordância com um vasto conjunto de dados experimentais sobre sistemas em fase condensada. Friesner sublinhou que confirmar em laboratório a química prevista foi extremamente difícil. Trata-se de um resultado de laboratório, que ainda não foi transformado num eletrólito comercial.

Para os químicos que concebem eletrólitos de nova geração, os aglomerados oferecem um alvo concreto: um modelo do que acontece à escala atómica, que, segundo os autores, pode orientar o trabalho sobre desempenho, estabilidade e velocidades de carregamento. A equipa afirma que as descobertas têm potencial para dar origem a baterias com maior capacidade, carregamento mais rápido e maior duração, mas não indica quando isso poderá chegar a um produto. Friesner defende ainda que a mesma combinação de simulação e experiência poderá ajudar em áreas como a biologia e a ciência dos materiais, de forma mais geral.