Difração de raios X ajuda a desvendar os segredos dos materiais usados em baterias de iões de lítio

Investigadores demonstraram como a difração de raios X em pó (XRD) pode ser uma ferramenta decisiva para compreender a estrutura e a qualidade dos materiais que compõem as baterias de iões de lítio, tecnologia essencial para veículos elétricos, dispositivos eletrónicos e armazenamento de energia.

As baterias modernas são constituídas por vários materiais que precisam de combinar elevada eficiência, segurança e durabilidade. Entre eles destacam-se os materiais do cátodo, como LiCoO₂ (LCO), NMC (níquel-manganês-cobalto) e NCA (níquel-cobalto-alumínio), e os materiais do ânodo, como o grafite e compostos de carbono. Pequenas diferenças na estrutura cristalina destes materiais podem ter um impacto significativo no desempenho final da bateria.

Utilizando um difratómetro de raios X de última geração, os cientistas analisaram vários destes materiais e observaram que o grafite apresenta uma estrutura altamente ordenada, enquanto o negro de fumo (carbon black) possui uma organização menos cristalina. Estas diferenças ajudam a explicar porque certos materiais conduzem melhor a eletricidade ou suportam ciclos de carga mais rápidos.

Nos materiais de cátodo, os resultados mostraram que, apesar de terem estruturas semelhantes, a substituição parcial de metais como cobalto por níquel, manganês ou alumínio provoca alterações subtis na rede cristalina, detetáveis por XRD. Essas alterações estão diretamente ligadas à densidade de energia, estabilidade e segurança das baterias.

Segundo os autores, esta abordagem permite relacionar a estrutura dos materiais com o seu desempenho, acelerando o desenvolvimento de baterias mais eficientes, seguras e sustentáveis. A aplicação de técnicas avançadas de caracterização, como a difração de raios X, é assim um passo fundamental para impulsionar a próxima geração de tecnologias de armazenamento de energia.