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Nova técnica com microscópio e algoritmo cria índice padronizado para medir a uniformidade do lítio e prever falhas em baterias metálicas.
Pesquisadores da Universidade da Califórnia, em San Diego, desenvolveram um método simples e preciso para medir o desempenho de baterias de lítio metálico. A técnica combina uma ferramenta de imagem já comum na pesquisa, a microscopia eletrônica de varredura (MEV), com um algoritmo que analisa os resultados.
O mais importante, segundo os cientistas, é que esse avanço pode levar à criação de baterias mais seguras e duradouras. Isso beneficiaria tanto veículos elétricos quanto sistemas de armazenamento de energia em grande escala.
O desafio da morfologia do lítio
Um dos maiores obstáculos para popularizar baterias de lítio metálico é a chamada “morfologia do lítio”. Esse termo descreve como o lítio se deposita nos eletrodos durante os ciclos de carga e descarga.
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Deposições uniformes aumentam a vida útil da bateria. Já depósitos irregulares podem formar dendritos — picos metálicos capazes de perfurar o separador interno, causando curto-circuitos e falhas.
Esse risco tem sido um entrave para tornar o uso dessa tecnologia viável em larga escala.
Por muito tempo, a análise da uniformidade foi feita apenas com base em observação visual das imagens obtidas por microscópio.
O problema é que diferentes grupos de pesquisa adotavam critérios subjetivos, dificultando comparações e o avanço conjunto das descobertas.
Uma linguagem comum para as pesquisas
A primeira autora do estudo, Jenny Nicolas, lembra que na literatura científica sobre baterias há termos variados para descrever os depósitos de lítio, como “robusto”, “musgoso”, “semelhante a bigode” ou “globular”.
Segundo ela, era preciso criar uma forma padronizada de medir e comunicar a uniformidade. Foi assim que a equipe chegou ao Índice de Dispersão (ID), calculado a partir de imagens do MEV.
Essa ferramenta fornece imagens 2D detalhadas da superfície 3D de um eletrodo. A partir delas, o algoritmo transforma informações visuais em um dado numérico objetivo.
Como funciona o Índice de Dispersão
O processo começa com a captura da imagem SEM do eletrodo. Essa imagem é convertida em pixels preto e branco, sendo que os brancos indicam depósitos ativos de lítio.
O algoritmo divide a imagem em seções, conta os pixels brancos em cada uma e calcula a pontuação de dispersão.
Quanto mais próximo de zero for o índice, mais uniforme é a distribuição do lítio. Valores mais altos indicam aglomeração e menor uniformidade.
Testes e resultados obtidos
Para confirmar a precisão, os pesquisadores aplicaram o método em mais de 2.000 imagens geradas por computador. As pontuações obtidas correspondiam aos dados conhecidos, validando a técnica.
Além disso, observaram que o índice aumentava conforme a bateria se degradava. Durante esse processo, dois sinais chamaram atenção. O primeiro foi o aumento da energia necessária para depositar o lítio. O segundo, flutuações marcantes no ID pouco antes de falhas, o que pode servir como alerta precoce para curtos-circuitos.
Acessibilidade e impacto
Um ponto favorável é que o MEV já é um equipamento padrão em pesquisas com baterias, o que torna o método altamente acessível.
Com ele, pesquisadores terão uma forma consistente de comparar resultados e avaliar a evolução de uma bateria ao longo do tempo.
As descobertas foram publicadas na revista Proceedings of the National Academy of Sciences e podem marcar um passo decisivo para aumentar a autonomia e a durabilidade das baterias de lítio metálico, especialmente em veículos elétricos.
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