Um novo estudo publicado na Carbon Energy em 23 de setembro de 2025 apresenta uma estratégia finamente ajustada que estabiliza ânodos de lítio metálico através da construção de uma interface sólida de eletrólito (SEI) artificial rica em LiF, contrariando os efeitos corrosivos dos aditivos retardantes de chama enquanto mantém uma excecional estabilidade de ciclagem. A investigação, realizada por equipas da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hebei, da Universidade da Cidade de Hong Kong e da Universidade de Hainan, aborda um desafio crítico no desenvolvimento de baterias: como alcançar simultaneamente segurança contra incêndio e desempenho a longo prazo em baterias de lítio metálico de alta densidade energética.
As baterias de lítio metálico oferecem uma capacidade teórica excecional, mas enfrentam desafios práticos, incluindo o crescimento de dendritos, química interfacial instável e a inflamabilidade dos eletrólitos convencionais. Embora os eletrólitos de polímero gel melhorem a segurança, normalmente requerem grandes quantidades de retardantes de chama como o fosfato de trifenilo (TPP), que aumentam a resistência ao fogo, mas tendem a penetrar na SEI e desencadear reações de decomposição que corroem severamente o lítio. Esta corrosão reduz drasticamente a vida útil da bateria, criando uma necessidade premente de designs de interface e eletrólito que garantam tanto a retardância à chama como a estabilidade do ânodo a longo prazo.
Os investigadores desenvolveram um eletrólito de polímero gel retardante de chama com alta carga de TPP utilizando uma técnica de eletrofiação coaxial, criando um design de duplo confinamento com um núcleo compósito TPP/PVDF-HFP envolto numa camada de PAN/PVDF-HFP. Esta estrutura, detalhada no estudo publicado em https://doi.org/10.1002/cey2.70077, mantém uma alta retardância à chama enquanto limita reações laterais corrosivas através de fortes interações químicas e contenção física. Para fortalecer ainda mais a interface do ânodo, a equipa imergiu o lítio metálico num eletrólito contendo 5% de FEC, produzindo uma camada SEI uniforme e densa rica em LiF que bloqueia a penetração de TPP e reduz substancialmente a corrosão do ânodo.
Testes eletroquímicos validaram a eficácia do design. Células Li||Li operaram de forma estável durante 2400 horas a 0,5 mA cm⁻² e 1500 horas a 5 mA cm⁻². Em configurações de célula completa, células LFP||Li mantiveram 98,9% da sua capacidade após 1500 ciclos a 1 C e preservaram 81,7% da capacidade após 6000 ciclos a 10 C, demonstrando uma resistência excecional em condições de carga rápida. O principal cientista correspondente observou que a engenharia de interface precisa é essencial para avançar tanto a segurança como a durabilidade, afirmando que a integração de um eletrólito retardante de chama de duplo confinamento com uma SEI artificial rica em LiF resolve o conflito de longa data entre proteção contra incêndio e estabilidade do ânodo.
Esta estratégia combinada de SEI-eletrólito representa uma direção promissora para o desenvolvimento de baterias de lítio metálico de alto desempenho e intrinsecamente mais seguras, adequadas para veículos elétricos, armazenamento a nível de rede, sistemas aeroespaciais e células flexíveis de bolsa de próxima geração. O princípio de design subjacente — combinar confinamento químico, encapsulamento estrutural e engenharia deliberada da SEI — pode potencialmente ser aplicado a outros ânodos reativos e cátodos de alta voltagem. À medida que a procura global por baterias de alta energia se intensifica juntamente com requisitos de segurança rigorosos, esta abordagem pode acelerar a adoção prática de tecnologias de lítio metálico que anteriormente foram limitadas por compromissos entre segurança e desempenho.
