Baterias de lítio ganham extintor de incêndio embutido

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/02/2024

Quando uma bateria de íons de lítio fornece energia a um dispositivo, os íons de lítio - átomos que carregam carga elétrica - passam do ânodo para o cátodo. Os íons se movem ao contrário durante a recarga.
[Imagem: ANL]

Bateria com extintor de incêndio

Engenheiros construíram uma bateria de íons de lítio dotada de um extintor de incêndio embutido, por assim dizer, inserido no próprio projeto da bateria, criando um conceito que eles chamam de bateria autoextinguível.

O risco de explosão e incêndio das baterias de lítio é bem conhecido e tem gerado esforços mundiais em busca de soluções.

Xianhui Yi e colegas das universidades Clemson (EUA) e Hunan (China) conseguiram isto substituindo o eletrólito mais comumente usado, que é altamente inflamável, por materiais encontrados em um extintor de incêndio comercial - o eletrólito é o meio composto de um sal de lítio e um solvente orgânico que permite que as cargas elétricas entrem (recarregamento) e saiam (uso normal) da bateria.

"Nosso eletrólito funcionou bem em uma ampla faixa de temperatura, de cerca de 75 a -80 graus Celsius. As baterias que produzimos em laboratório com esse eletrólito transferiram muito bem o calor da bateria e extinguiram incêndios internos de maneira eficaz," disse o professor Apparao Rao.

As baterias foram submetidas ao teste de penetração de pregos, um método comum para avaliar a segurança das baterias de íons de lítio - enfiar um prego de aço inoxidável em uma bateria carregada simula um curto-circuito interno. "Se a bateria pegar fogo, ela falha no teste. Quando enfiamos um prego em nossas baterias carregadas, elas resistiram ao impacto sem pegar fogo," disse Rao.

A bateria usa como eletrólito um composto já usado em extintores de incêndio.
[Imagem: Xianhui Yi et al. - 10.1038/s41893-024-01275-0]

Apagando o próprio fogo

As baterias esquentam naturalmente quando carregam e descarregam devido à sua resistência interna, que nasce na oposição que o fluxo de íons de lítio encontra ao tentar fluir pelo próprio material da bateria. Recarregar uma bateria de íons de lítio muito rapidamente também é problemático porque causa reações químicas que formam dendritos, uma espécie de agulha em microescala que causa curtos-circuitos.

Um eletrólito que não seja inflamável parece ser uma solução natural, transferindo rapidamente o calor para fora da bateria. Mas, para funcionar bem, ele ainda precisa funcionar em uma ampla faixa de temperatura, ser durável e compatível com qualquer química de bateria. Existem alguns candidatos, mas a maioria dos solventes orgânicos não inflamáveis conhecidos contém flúor e fósforo, que são caros e podem ter efeitos prejudiciais ao meio ambiente.

A equipe encontrou a solução em um refrigerante comercial, chamado Novec 7300, que já é amplamente utilizado em extintores de incêndio, testes eletrônicos e limpeza.

"Ao combinar este fluido com vários outros produtos químicos que acrescentaram durabilidade, conseguimos produzir um eletrólito que apresenta as características que procurávamos e permitiu que uma bateria carregasse e descarregasse durante um ano inteiro sem uma perda significativa de capacidade," disse o professor Rao.

A equipe afirma que seu composto está pronto para uso em baterias de lítio, e agora pretende testá-lo a longo prazo em baterias de íons de sódio, alumínio e zinco.

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