Cientistas do Departamento de Energia dos Estados Unidos descobriram recentemente novidades interessantes sobre  como as primeiras horas de uso de uma bateria de íons de lítio podem afetar sua confiabilidade e desempenho durante o período conhecido como vida útil.

De acordo com a pesquisa, publicada na revista Nature Nanotechnology em 27 de janeiro de 2020, nas primeiras horas de funcionamento da bateria ocorre uma automontagem de um conjunto de moléculas em sua estrutura interna, afetando de forma significativa o desempenho e a vida útil no futuro. Os cientistas mostraram que existe uma interface sólido-eletrólito, conhecida como SEI (Solid-Electrolyte Enterphase), formada por uma película muito fina de material assim que a bateria começa a ser usada. Essa interface não existe quando a bateria é fabricada. Quando a bateria é carregada pela primeira vez, as moléculas se agregam e reagem eletroquimicamente formando a estrutura que atua como um gateway, permitindo a passagem dos íons de lítio entre o anodo e o catodo da bateria. Fundamentalmente, a camada SEI força os elétrons a fazerem um desvio desejado, o que possibilita o armazenamento de energia e mantém a bateria funcionando.

A compreensão do mecanismo da química e da formação desta camada SEI é a chave para desenvolver futuras baterias mais confiáveis e duradouras, dizem os pesquisadores. Esta nova pesquisa, possibilitada por uma técnica que serve como olho molecular, apresenta uma imagem dinâmica estrutura da camada SEI.

Sabe-se que essas propriedades influenciam a taxa de carga e descarga das baterias (especialmente em baixas temperaturas), segurança e vida útil, de acordo com o cientista do Exército Americano Dr. Oleg Borodin, um dos pesquisadores da equipe.

"As SEIs são criadas de acordo com as propriedades de cada bateria, mas são difíceis de se caracterizar", afirma o Dr. Kang Xu, pesquisador principal deste projeto de pesquisa. Genericamente, essas camadas SEI determinam a rapidez com que uma bateria pode ser carregada a fim de melhorar as capacidades operacionais e impedir falhas lentas ou abruptas da bateria durante o período de missão.

A pesquisa trata de um tema tido por muito tempo como um assunto obscuro, ou seja, que todos sabem da existência mas ninguém compreende de forma adequada.

Por décadas, os cientistas tentaram estudar os SEIs em baterias de íon-lítio, com sucesso limitado devido à ausência de uma técnica que lhes permitisse ver as operações da bateria em uma escala minúscula. Tais observações em nanoescala e em nível molecular são necessárias para entender a química na interface.

Em 2017, pesquisadores do Exército Americano formaram parceria com a Universidade de Maryland e desenvolveram pela primeira vez uma bateria de íons de lítio que usava uma solução de água e sal como eletrólito e atingia a marca de 4,0 volts, desejada para eletrônicos domésticos, como smartfones e notebooks, sem riscos de incêndio e explosão, possíveis em algumas baterias de íons de lítio não aquosas até então disponíveis no mercado. A maioria das baterias comercialmente disponíveis hoje, entretanto, são diferentes das baterias aquosas inventadas por aquela equipe. Compreender o SEI pode levar a uma melhoria gradual da tecnologia atual e prover uma solução imediata para muitas aplicações do próprio Exército.