O professor de engenharia química da Universidade de Utah, Tao Gao, aprendeu mais sobre a natureza das baterias de íon-lítio, que podem levar a baterias que recarregam muito mais rápido do que antes. Crédito: Vincent Horiuchi / Faculdade de Engenharia da Universidade de Utah.

Talvez a limitação mais frustrante de possuir um carro totalmente elétrico seja o tempo que leva para carregar totalmente a bateria. Para um Tesla, por exemplo, leva cerca de 40 minutos para carregá-lo até 80% da capacidade usando a estação de carregamento mais poderosa.

Os cientistas há muito pensam que as leis da física limitam a rapidez com que você pode recarregar uma bateria com segurança, mas uma nova pesquisa do professor de engenharia química da Universidade de Utah, Tao Gao, abriu a porta para a criação de uma bateria que pode ser recarregada em apenas uma fração do tempo.

A pesquisa de Gao foi detalhada em um novo artigo publicado na revista científica Joule. O estudo foi conduzido enquanto Gao era um pesquisador de pós-doutorado no Instituto de Tecnologia de Massachusetts sob a supervisão do professor de engenharia química do MIT Martin Z. Bazant. Gao agora está realizando essa pesquisa na Universidade de Utah, onde está desenvolvendo baterias de íon-lítio avançadas, capazes de carregamento rápido.

“Esse entendimento estabelece a base para o futuro trabalho de engenharia necessário para enfrentar esse desafio”, disse Gao. “Agora sabemos para onde ir. Temos uma visão clara do que precisa ser feito.”

As baterias de íon de lítio se tornaram uma escolha popular para eletrônicos portáteis e veículos totalmente elétricos devido à sua alta densidade de energia, baixo peso e longa vida útil. Eles também são usados ​​em laptops, aparelhos elétricos portáteis e para armazenamento de energia solar.

Mas a rapidez com que uma bateria de íon de lítio pode recarregar é dificultada por um fenômeno conhecido como “revestimento de lítio”, uma reação colateral que acontece quando os íons de lítio são colocados em partículas de grafite muito rápido. Gao compara a operação de uma bateria de íon de lítio a uma bola de pingue-pongue sendo jogada para frente e para trás em uma mesa. A bola, ou íon de lítio, viaja do eletrodo positivo para o eletrodo negativo durante o processo de carregamento. A taxa de carregamento é semelhante à velocidade com que a bola se desloca. O revestimento de lítio ocorre quando o íon de lítio se move muito rápido e as partículas de grafite na bateria não conseguem pegá-lo, explica Gao. Durante o carregamento, isso pode ser perigoso e fazer com que a bateria pegue fogo ou exploda, limitando a rapidez com que as baterias podem ser recarregadas. Ele também pode degradar seriamente a bateria, limitando sua vida útil.

A descoberta de Gao revela a importante física que governa o fenômeno do revestimento de lítio em partículas de grafite durante o carregamento da bateria e permite a previsão do revestimento de lítio na operação de uma bateria.

“Projetamos um experimento que pode visualizar o que acontece com o eletrodo negativo durante o carregamento. Podemos ver a partícula de grafite – o material no eletrodo negativo – e podemos ver o que acontece durante o carregamento da bateria em tempo real”, diz ele. “Agora entendemos a física. Isso nos fornece orientação para lidar com essa limitação e melhorar o desempenho de carregamento da bateria.”

Gao acredita que, com esse novo entendimento, novas tecnologias poderiam criar uma bateria de carro que poderia ser totalmente carregada cinco vezes mais rápido do que o normal, ou em pouco mais de 10 minutos, sem o risco de perigo ou degradação muito rapidamente, diz ele. Smartphones, que normalmente levam mais de meia hora com o carregador mais rápido, também podem ser totalmente carregados em apenas 10 minutos, diz ele.

Agora que Gao e seus co-pesquisadores têm uma melhor compreensão da ciência por trás do carregamento de íons de lítio, ele acredita que poderíamos ver telefones celulares com baterias melhores em apenas três a cinco anos e em carros totalmente elétricos em apenas cinco a 10 anos.

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