Causa da perda de desempenho em baterias ^{CEFR B2}

Um grupo de pesquisadores da The University of Texas at Austin, Northeastern University, Stanford University e Argonne National Laboratory identificou um mecanismo-chave que reduz o desempenho de baterias recarregáveis. O estudo, publicado em Science, mostra que os ciclos repetidos de carga e descarga fazem a estrutura da bateria expandir e contrair — um movimento comparado a uma respiração — e que essa deformação gera tensões internas que comprometem os eletrodos ao longo do tempo. O processo é chamado de degradação quimio-mecânica porque envolve tanto mudanças químicas quanto efeitos mecânicos.

Uma descoberta central foi o padrão nomeado "cascatas de deformação": a tensão pode concentrar-se numa região do eletrodo e então espalhar-se para áreas vizinhas. No eletrodo, centenas de milhares de partículas não se movimentam de forma uniforme; algumas deslocam-se rapidamente e outras quase não mudam. Esse comportamento desigual cria tensões locais que, acumuladas, podem provocar trincas ou outros danos. Yijin Liu resumiu: "A cada 'respiração' da bateria, há algum grau de irreversibilidade. Esse efeito se acumula ao longo do tempo, eventualmente causando a falha da célula." Juner Zhu descreveu como os movimentos das partículas concentram as tensões em pontos específicos.

Os pesquisadores registraram esses fenômenos com técnicas de imagens em tempo real, incluindo microscopia de raios X de transmissão operando (TXM) e laminografia 3D por raios X. O efeito foi observado pela primeira vez em um dispositivo usado em outro projeto, fones de ouvido comerciais. Compreender como a deformação se forma e se propaga abre caminhos práticos: engenheiros podem projetar eletrodos mais resistentes à tensão ou aplicar pressão controlada para reduzir danos. O grupo planeja desenvolver modelos teóricos que expliquem as interações químicas e mecânicas complexas nos eletrodos. O trabalho teve financiamento do Vehicle Technologies Office do US Department of Energy e reuniu contribuições de cientistas das instituições envolvidas.