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Bateria de lítio desliga quando superaquece e religa quando esfria

Bateria de lítio desliga quando superaquece e religa quando esfria
O segredo da bateria que liga e desliga para não explodir está em um filme polimérico repleto de partículas de níquel. [Imagem: Zheng Chen/Stanford University]

Bateria à prova de superaquecimento

Baterias de lítio que explodem já tiveram seus momentos em notebooks, celulares e até em aviões, mas ultimamente têm aparecido apenas em protótipos de skates voadores.

Para evitar novos acontecimentos desse tipo, Zheng Chen, da Universidade de Stanford, nos EUA, criou um novo tipo de bateria de lítio que desliga automaticamente quando superaquece, voltando também automaticamente a funcionar quando o calor se dissipa.

Já foram tentadas várias abordagens para que as baterias emitam avisos ou se desliguem na ocorrência de superaquecimento - antes que elas explodam - mas todas resultavam na inoperância definitiva da bateria.

"Nós projetamos a primeira bateria que pode se desligar e reviver ao longo de repetidos ciclos de aquecimento e resfriamento sem comprometer seu desempenho," garante a professora Zhenan Bao, coordenadora da equipe.

Bateria que liga e desliga

Uma bateria de íons de lítio típica consiste de dois eletrodos e um eletrólito líquido ou gelatinoso que transporta os íons entre os eletrodos. Defeitos ou sobrecargas nesse processo geram calor. Se a temperatura atingir cerca de 150 graus Celsius, o eletrólito pode pegar fogo e provocar uma explosão.

Para evitar isso, a equipe lançou mão de uma tecnologia desenvolvida por eles mesmos no ano passado e que vem sendo usada para criar peles artificiais, mãos robóticas e sensores médicos. O sensor básico dessa tecnologia é feito de material plástico incorporado com partículas de níquel, que são pontudas, ficando salientes na superfície do polímero.

Para aplicar a técnica em baterias, Chen revestiu as partículas pontiagudas de níquel com grafeno para melhorar a condutividade e as incorporou em um filme fino de polietileno.

"Nós colocamos a película de polietileno sobre um dos eletrodos, de modo que a corrente elétrica pode fluir através dela," explicou Chen. "Para conduzir eletricidade, as partículas pontiagudas têm que tocar fisicamente umas nas outras. Mas, durante a expansão térmica, o polietileno estica. Isso faz com que as partículas se afastem, tornado o filme não-condutor, de modo que a eletricidade já não pode fluir através da bateria."

Basta o calor se dissipar para que o polietileno volte às dimensões originais e reconecte as nanopartículas, restabelecendo o funcionamento da bateria.

Bateria de lítio desliga quando superaquece e religa quando esfria
Sob temperatura normal, as nanopartículas de níquel e grafeno ficam unidas, deixando a bateria funcionar (em cima). O calor faz o polímero se expandir, desconectando as nanopartículas e desligando a bateria (embaixo). [Imagem: Zheng Chen et al. - 10.1038/NENERGY.2015.9]

Controle de temperatura das baterias

O processo de desligamento e religamento ocorre quando a bateria atinge uma temperatura de 70º C, mas esse limiar pode ser ajustado no processo de fabricação.

"Nós podemos até mesmo ajustar a temperatura para cima ou para baixo, dependendo do número de partículas que colocamos ou do tipo de material polimérico que escolhemos," disse Bao. "Por exemplo, você pode querer que a bateria se desligue aos 50 ou aos 100º C."

Bibliografia:

Fast and reversible thermoresponsive polymer switching materials for safer batteries
Zheng Chen, Po-Chun Hsu, Jeffrey Lopez, Yuzhang Li, John W. F. To, Nan Liu, Chao Wang, Sean C. Andrews, Jia Liu, Yi Cui, Zhenan Bao
Nature Energy
Vol.: 1, Article number: 15009
DOI: 10.1038/NENERGY.2015.9




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