Os cientistas encontram as condições ideais para produzir baterias com alto teor de níquel

A indústria automotiva está cada vez mais interessada no uso de baterias de alto Ni para veículos elétricos. (Imagem de Rostichep, Neexpix).

Uma nova pesquisa conduzida na Universidade de Warwick, no Reino Unido, descobriu que quanto mais secas as condições em que os cátodos de bateria com alto teor de níquel são armazenados e processados, melhor é o desempenho da bateria.

Materiais catódicos de alto Ni são propensos a reatividade e instabilidade se expostos à umidade, portanto, como eles são armazenados para oferecer o melhor desempenho é crucial.

Em um artigo publicado na revista Electrochimica Acta, os cientistas de Warwick explicam que, para encontrar essas condições ideais de armazenamento, eles expuseram o NMC-811 (material catódico de alto níquel) a diferentes temperaturas e umidades e mediram o desempenho e a degradação do material em uma bateria ao longo de um período de 28 dias, analisando-os usando uma combinação de testes físicos, químicos e eletroquímicos. Isso incluiu microscopia de alta resolução para identificar as mudanças morfológicas e químicas que ocorreram na escala de mícron e sub-mícron durante o carregamento e descarregamento das baterias.

As condições de armazenamento incluíram secagem em estufa a vácuo, exposição (à umidade) e medida de controle. Os pesquisadores procuraram por impurezas de superfície, que incluem carbonatos e H2O, e descobriram que havia três processos que podem ser responsáveis ​​por impurezas, a saber, impurezas residuais que emanam de precursores que não reagiram durante a síntese; cobertura de equilíbrio superior de carbonatos / hidróxidos de superfície (presentes para estabilizar a superfície de materiais ricos em Ni após o processo de síntese); e impurezas formadas durante o tempo de armazenamento ambiente.

Eles descobriram que em todas as condições, (seco no forno e exposto) apresentaram capacidade específica de primeira descarga e desempenho de ciclismo inferiores, em comparação com o controle. No entanto, a medida como exposto mostrou que após 28 dias de exposição à umidade ambiente, H2O e CO2 reagem com os íons Li+ na célula da bateria, resultando na formação de espécies de carbonato e hidróxido de lítio.

A formação de carbonatos e óxidos na superfície do NMC-811 contribui para a perda do desempenho eletroquímico durante o envelhecimento dos materiais, devido à inferior condutividade iônica e eletrônica, bem como ao isolamento elétrico das partículas ativas. Isso significa que eles não podem mais armazenar íons de lítio de forma reversível para transmitir "carga". Uma análise confirmou a porosidade intergranular e microfissuras nestas partículas agregadas, após os 28 dias de exposição ambiente.

Isso permitiu aos cientistas concluir que as condições mais secas, em pontos em torno de -45 graus Celsius, são as melhores para armazenar e processar os materiais, a fim de produzir o melhor desempenho da bateria.

Por outro lado, as condições de umidade e exposição nas junções ao longo do processo de fabricação farão com que os materiais e componentes sofram degradação, o que resulta em uma vida útil mais curta da bateria.