Um grupo de pesquisadores da POSTECH (Instituição de Pesquisa e Tecnologia de Pohang), juntamente com especialistas da Universidade Sungkyunkwan, descobriu um novo mecanismo de deterioração em baterias de íons de lítio Desencadeado por descargas profundas, este fenômeno pode afetar diretamente a vida útil das baterias, especialmente aquelas com alta concentração de níquel, comuns nos carros elétricos. De fato, essa revelação sugere que uma bateria poderia ter sua duração aumentada dezessete vezes!
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As baterias de íons de lítio com cátodos ternários, formados por níquel, manganês e cobalto (NMC), estão sendo fabricadas com uma mistura contendo maiores quantidades de níquel e menor quantidade de cobalto para diminuir os custos. Contudo, essa mudança geralmente tem um impacto adverso na duração dessas baterias. Isso ocorre porque altos níveis de níquel são bem conhecidos por intensificar o desgaste durante as repetidas cargas e descargas.
A função essencial do processo de descarga na deterioração da bateria
Tradicionalmente, as pesquisas sobre degradação concentraram-se principalmente na supercarga como causa principal do problema. Contudo, esta nova pesquisa concentrou-se no processo de descarga. Em outras palavras, o instante em que a bateria é utilizada. O objetivo era entender porque ocorrem falhas mesmo quando os níveis de voltagem parecem estar dentro da faixa normal.
A pesquisa mostrou que, ao utilizar a bateria até atingir níveis extremamente baixos de carga, acontece um processo chamado "quase-conversão" na superfície do cátodo. Esse evento provoca a liberação de oxigênio, que se une ao lítio para criar óxido de lítio (Li₂O) especialmente perto dos 3,0 V. Essa composição química interage com o eletrólito, produzindo gás e aumentando significativamente os danos à estrutura interna da bateria.
Esse efeito é particularmente sério em baterias que possuem alta concentração de níQUEL. Ao serem submetidas a ciclos longos de descarga profunda, as indicações de deterioração — tais como oinchamento e redução da capacidade — ficam mais visíveis.
Um método fácil de estender o rendimento
Embora o problema seja grave, os pesquisadores sugerem uma solução bastante direta: evite descarregar completamente a bateria. Nos experimentos realizados em células com mais de 90% de níquel, constatou-se que aquelas submetidas a descargas profundas retinham somente 3,8% de sua capacidade depois de 250 ciclos. Por outro lado, as unidades sujeitas a um ciclo de carga e descarga mais moderado conservavam 73,4% de sua capacidade mesmo após 300 ciclos.
Ao regular o limiar mínimo de liberação, conseguiu-se diminuir a emissão de oxigênio e evitar as reações indesejáveis que deterioram a bateria e geram gases como CO, CO₂, CH₄ e C₂H₄. Além disso, essa estratégia ajuda a atenuar o desgaste físico, aumentando assim a segurança e a estabilidade do equipamento.
Consequências para o avanço das tecnologias de bateria
Esta pesquisa apresenta uma abordagem renovada para o uso das baterias de íons de lítio, sobretudo nas situações mais desafiantes representadas pelos automóveis elétricos. Os resultados indicam que a forma como estas baterias são descarregadas influencia diretamente e profundamente a sua duração e eficácia, sugerindo ainda que pequenas alterações no seu uso diário podem resultar em vantagens substanciais ao longo do tempo.