A capacidade de tornar as baterias mais leves, mais baratas e em operação durante mais tempo é crucial para o desenvolvimento e adoção da próxima geração de aparelhos eletrônicos – de telefones celulares e tablets a carros elétricos. Avanços na tecnologia de baterias de íons de lítio têm contribuído para tornar smartphones menores e colocar carros como o Nissan Leaf e o Chevrolet Volt nas ruas. Mas o lítio também pode ser volátil e tem sido acusado de provocar incêndios em dispositivos eletrônicos portáteis e até mesmo em veículos de prova Volt. Investigar o colapso de uma bateria de íons de lítio ou de qualquer outra bateria é difícil porque sua “autópsia” envolve abrí-las e, portanto, destruí-las para examinar suas entranhas. Uma nova técnica poderá contornar esse problema.
Uma equipe de pesquisadores na Universidade de Cambridge, Inglaterra, na New York University e na Stony Brook University, Nova York, afirmam ter desenvolvido uma maneira de empregar técnicas de geração de imagens por ressonância magnética (MRI, na sigla em inglês) para inspecionar as baterias de forma não invasiva. Os pesquisadores concentraram-se em compreender melhor como e por que depósitos de lítio acumulam-se nos eletrodos e em outros lugares após as baterias serem carregadas.
Normalmente, é melhor evitar a presença de qualquer metal perto de um equipamento gerador de ressonância magnética, para evitar que o objeto de metal se converta num projétil (o poderoso campo magnético gerador da ressonância atrai fortemente todos os objetos metálicos próximos*). Além disso, as superfícies condutoras de um metal bloqueiam os campos de radiofrequência e, por essa razão, um gerador de MRI não revela muitas informações sobre o que existe no interior de um objeto metálico.
Isso deixou de ser um problema, ressaltaram os pesquisadores neste domingo na Nature Materials. As ondas de rádio produzidas por ressonância magnética podem não penetrar nos metais que constituem uma bateria, mas podem executar uma varredura e mensurar características na superfície da bateria. Estas medições podem ser usadas para recriar imagens digitais bidimensionais ou mesmo tridimensionais das baterias, inclusive depósitos de lítio eventualmente acumulados em seus eletrodos. Esses depósitos podem contribuir para um colapso da bateria devido a seu superaquecimento e, possivelmente, até mesmo para um incêndio ou explosão.
Em 2001, pesquisadores no Argonne National Laboratory, em Illinois, empregaram espectroscopia de ressonância magnética nuclear (NMR, na sigla em inglês) para, pela primeira vez, estudar o movimento dos íons de lítio no interior de uma bateria a partir do exterior. Mas esse trabalho, segundo Alexej Jerschow, professor de química na NYU que contribuiu para a pesquisa, não produz o nível de detalhamento viabilizado pela técnica deles. Nós conseguimos obter imagens 3-D de uma bateria antes e após ela ser carregada, por exemplo” argumenta Jerschow.
“A técnica de MRI também se mostrou mais precisa do que os recursos de NMR, que não fornecem informações detalhadas sobre o que está acontecendo no interior da bateria. Microscopia eletrônica por varredura, outra ferramenta que tem sido usada para estudar as baterias, exige cortar uma bateria para abri-la. Não apenas esse processo destrói a bateria como também altera as superfícies, devido à exposição ao ar, de modo que essa técnica não estuda efetivamente os eletrodos em sua condição de trabalho”, diz Jerschow. “MRI é uma técnica não destrutiva, e assim podemos usar uma bateria em funcionamento e produzir uma imagem dela, assim como se pode gerar uma imagem do corpo humano por ressonância magnética”. Jerschow e seus colegas continuam a refinar suas técnicas para melhorar a definição das imagens e reduzir o tempo necessário para sua obtenção.
* Esclarecimento: Tanto a bateria usada durante os testes como o próprio lítio não são magnéticos. |
