Por que você tem que carregar uma bateria com mais freqüência à medida que envelhece?

Em nosso mundo cada vez mais orientado pela tecnologia, parece que nada pode nos impedir de nos tornarmos os mestres do domínio digital. De tablets e smartphones a carros elétricos, a humanidade está certamente avançando, mas uma pedra de tropeço permanece.

Estamos fortemente dependentes de baterias para alimentar nossas máquinas, e como continuamos a se afastar de combustíveis fósseis para alternativas elétricas, a durabilidade e longevidade das baterias virá para a vanguarda da eficiência.

Infelizmente, como qualquer proprietário de laptop ou smartphone irá dizer-lhe, as baterias tendem a perder sua capacidade de carga ao longo do tempo, e dentro de alguns anos, parece que uma bateria dificilmente pode manter uma carga em tudo! Se quisermos continuar empurrando para o futuro que estamos prometidos, precisamos responder a essa pergunta fundamental – por que as pilhas perdem a sua capacidade?

Acredite ou não, você deve realmenteculpá-lo em cristais de sal, mas vamos chegar a isso em breve ….

Embora as baterias tenham se tornado mais eficientes e poderosas nos últimos anos, particularmente as altamente populares baterias de lítio-íon (que iremos focar neste artigo), alguns dos fundamentos da velha escola são os mesmos. Especificamente, as baterias modernas ainda possuem eletrodos positivos e negativos, bem como uma substância química entre eles – um eletrólito. Como todas as baterias, uma reação química está acontecendo constantemente para mover íons entre esses pólos positivos e negativamente carregados, o que produz uma corrente.

No caso de baterias modernas de lítio-íon, o eletrodo positivo é tipicamente feito de fosfato de ferro de lítio, enquanto o eletrodo negativo é composto de grafite. Quando você carrega uma dessas baterias, os íons de lítio do eletrodo positivo se movem para o eletrodo negativo. Esse movimento produz energia, que a bateria pode armazenar. Na direção oposta, quando a bateria está descarregando toda essa energia, os íons se movem na direção oposta.

Este processo consiste em duas partes – os íons se movem em uma direção e os elétrons se movem na direção oposta. Este diferencial fornece o poder de carregamento para a bateria, e se uma dessas duas coisas parar de se mover, o mesmo acontece com o outro! Em outras palavras, uma vez que o eletrodo positivo completamente descarrega, a bateria pára de alimentar um dispositivo. Da mesma forma, se você desligar um dispositivo, a bateria pára de descarregar!

Esses mesmos íons que fluem ao redor da mistura de eletrólitos em uma bateria devem passar através de canais iónicos nos eletrodos positivos e negativos. Enquanto a bateria está descarregando, os íons movendo-se ao redor do eletrodo negativo alterar suas propriedades físicas em um nível atômico. O lítio reage com o fosfato de ferro e uma crosta começa a se desenvolver nesses canais iónicos, desenvolvendo-se nas pequenas imperfeições da superfície como resultado dessas pequenas reações químicas.

Esta crosta é melhor em comparação com cristais de sal, que se acumulam lentamente ao longo do tempo, semelhante à forma como a ferrugem não se desenvolve uniformemente em certos tipos de metal como resultado da oxidação. Estes cristais de sal bloqueiam o movimento dos íons através dos canais, tornando o fluxo menos eficiente e, portanto, a capacidade de manter uma carga significativamente menor. No nível atômico, não há maneira de criar um eletrodo que não tenha absolutamente nenhuma imperfeição, então esses cristais sempre se desenvolverão ao longo do tempo.

Pode levar um ano ou dois para cristais suficientes para construir que um usuário vai notar, mas não há maneira de evitá-lo completamente. Eventualmente, todas as baterias serão submetidas a este processo de degradação, frustrando-nos a nenhuma extremidade. Alguns estudos têm procurado maneiras de reverter ou resolver esses problemas, uma vez que as baterias são uma parte tão grande de nossas vidas diárias, mas as soluções são poucos e distantes entre si.

A deposição atômica de material para eliminar essas imperfeições (os locais em que os cristais podem se formar) poderia funcionar, mas parece um processo muito demorado e meticuloso. À medida que aprendemos mais sobre esses cristais, pode haver uma maneira de neutralizar sua acumulação ou separá-los, restaurando assim uma bateria para sua capacidade original e força.

No entanto, as estratégias de reparo de baterias de lítio-íon não foram aperfeiçoadas, por isso estamos obrigados a continuar comprando novos ou lidando com a diminuição da capacidade. O interessante é que o aumento da capacidade e longevidade das baterias parece ser o foco de cada inovador no campo, mas o problema da formação de cristais pode ser uma melhor área de foco. Se esse problema for resolvido, então a raça constante de força de bateria não seria quase tão importante.

Felizmente, à medida que mudamos para uma sociedade global mais “verde”, as baterias só vão se tornar mais importantes, e se os seres humanos provaram alguma coisa ao longo de sua história, é que “a necessidade é a mãe da invenção”!