Um material natural encontrado na madeira pode melhorar a segurança das baterias e, ao mesmo tempo, aumentar sua vida útil.
A ideia é garantir a segurança dos consumidores, cada vez mais preocupados com os riscos associados ao uso de baterias de íons de lítio, que são usadas em tudo, de celulares e brinquedos a veículos elétricos.
Huanhuan Jia e colegas da Universidade Estadual de Michigan, nos EUA, sintetizaram uma versão da lignina – um ingrediente natural da madeira que dá suporte e rigidez às árvores – que permitiu criar um separador muito fino para ser usado dentro de baterias de íons de lítio, para evitar os curtos-circuitos que causam incêndios e explosões.
Dentro de uma bateria, os eletrodos do cátodo, com carga positiva, e do ânodo, com carga negativa, guiam o fluxo de eletricidade. Para manter esses eletrodos separados, normalmente usa-se um separador feito de polietileno e polipropileno, materiais plásticos que podem encolher a temperaturas próximas a 100 graus Celsius. Sem a proteção do separador, os lados do cátodo e do ânodo da bateria correm o risco de se tocar, causando um curto-circuito acidental e possível incêndio ou explosão.
Em contraste, os separadores à base de lignina permaneceram estáveis e não diminuíram de tamanho até temperaturas de 300 graus Celsius, permitindo manter a bateria segura até temperaturas muito mais elevadas.
A equipe testou diferentes espessuras de lignina e descobriu que películas medindo 25 micrômetros – menos do que um quarto de um fio de cabelo humano – são as mais eficazes em manter o interior da bateria estável e evitar que o ânodo e o cátodo entrem em contato um com o outro.
Processo de síntese do separador de lignina e medições de sua espessura (direita).
[Imagem: Huanhuan Jia et al. – 10.1002/adma.202419694]
Bateria que dura 60% mais
Usar o filme de lignina dentro da bateria teve outro benefício: Como a bateria ficou mais estável, isso resultou em um ciclo de vida muito otimizado – a quantidade de vezes que a bateria pode ser carregada e usada.
“Ficamos surpresos ao ver que o filme de lignina também melhorou a vida útil da bateria. Aumentamos a vida útil da bateria em 60%,” disse a professora Chengcheng Fang.
Uma terceira vantagem é de natureza ambiental. A equipe conseguiu fabricar os separadores de lignina usando um método de processamento a seco de baixo custo. Isso permitiu a produção de grandes quantidades do filme de lignina sob demanda, evitando o uso de solventes nocivos comumente utilizados na fabricação tradicional de separadores.
O método desenvolvido pela equipe permitiu alcançar uma conversão de 100% da matéria-prima, criando os filmes sem gerar resíduos ou poluição. “A lignina, particularmente o lignossulfonato, é naturalmente abundante e não precisa de nenhum tratamento adicional para funcionar em baterias,” disse Fang. “Este trabalho demonstra um novo caminho de design para melhorar tanto a segurança quanto a capacidade de fabricação de materiais para baterias.”
Bibliografia:
Artigo: Lignin-Based Separators for Lithium-Ion Batteries via a Dry Fibrillation Method
Autores: Huanhuan Jia, Jingjing Liu, Boling Liu, Robert Kuphal, Vittorio Mottini, Paul Monday, Madelyn Ball, Jinxing Li, Mojgan Nejad, Chengcheng Fang
Revista: Advanced Materials
Vol.: 37, Issue19
DOI: 10.1002/adma.202419694
