Uma equipa de investigadores da POSTECH (Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang), em parceria com especialistas da Universidade Sungkyunkwan, identificou um novo processo de degradação em baterias de iões de lítio, desencadeado por descargas profundas. Esta descoberta poderá ter impacto direto na durabilidade das baterias, sobretudo naquelas com alto teor de níquel, amplamente utilizadas em veículos elétricos. Na prática uma bateria poderá começar a durar dezanove vezes mais!
Smartphones: bateria pode começar a durar dezanove vezes mais!
As baterias de iões de lítio de cátodo ternário, compostas por níquel, manganês e cobalto (NMC), são cada vez mais produzidas com maior proporção de níquel e menos cobalto, de forma a reduzir custos. No entanto, esta alteração tende a afetar negativamente a longevidade das baterias. Isto já que concentrações elevadas de níquel são conhecidas por acelerar o desgaste ao longo dos ciclos de carga e descarga.
O papel crítico da descarga no desgaste da bateria
Tradicionalmente, os estudos sobre degradação centravam-se sobretudo no excesso de carga como principal culpado. No entanto, este novo trabalho focou-se no processo de descarga. Ou seja, o momento em que a bateria se está a utilizar. Tudo para perceber por que razão surgem falhas mesmo quando os níveis de tensão aparentam estar dentro dos limites normais.
A investigação revelou que, quando a bateria é utilizada até níveis de carga muito baixos, ocorre uma reação conhecida como “quase-conversão” na superfície do cátodo. Este fenómeno resulta na libertação de oxigénio, que se combina com lítio para formar óxido de lítio (Li₂O), principalmente em torno dos 3,0 V. Esta substância reage com o eletrólito, gerando gases e acelerando os danos na estrutura interna da bateria.
Este efeito é especialmente grave em baterias com alto teor de níquel. Quando sujeitas a ciclos prolongados de descarga profunda, os sinais de degradação — como inchaço e perda de capacidade — tornam-se mais evidentes.
Uma solução simples para prolongar o desempenho
Apesar da gravidade do problema, a solução proposta pelos investigadores é relativamente simples: evitar a descarga completa. Em testes com baterias com mais de 90% de níquel, aquelas que foram utilizadas até limites profundos mantiveram apenas 3,8% da capacidade após 250 ciclos. Já as que seguiram um perfil de uso mais controlado preservaram 73,4% da capacidade mesmo após 300 ciclos.
Ao ajustar o limite inferior de descarga, reduziu-se a libertação de oxigénio e minimizar as reações indesejadas que danificam a bateria e produzem gases como CO, CO₂, CH₄ e C₂H₄. Para além de reduzir o desgaste estrutural, esta abordagem contribui para melhorar a segurança e a estabilidade do dispositivo.
Implicações para o futuro das baterias
Este estudo traz uma nova perspetiva sobre a forma como as baterias de iões de lítio se devem utilizar, especialmente em contextos exigentes como o dos veículos elétricos. A investigação mostra que a maneira como se descarrega a bateria tem um impacto direto e profundo na sua durabilidade e eficiência, e que ajustes simples na utilização podem ter benefícios significativos a longo prazo.
