Pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), em colaboração com outros centros de pesquisa, desenvolveram um modelo computacional avançado capaz de avaliar a saúde de baterias de íon-lítio sem a necessidade de desmontagem ou técnicas de caracterização invasivas. A pesquisa, publicada na revista especializada Cell Reports Physical Science, apresenta uma abordagem inovadora que utiliza oscilações naturais de tensão durante o funcionamento das células para obter informações detalhadas sobre seu interior.
A inovação consiste em identificar que as variações de tensão, que ocorrem naturalmente durante os ciclos de carga e descarga, funcionam como uma espécie de “raio-X” interno. Essas oscilações podem revelar características microscópicas dos materiais utilizados na fabricação das baterias, além de indicar a velocidade das reações químicas que ocorrem dentro do sistema. Essa descoberta é considerada uma contribuição importante para o desenvolvimento de métodos mais rápidos, acessíveis e de baixo custo para monitorar o estado de saúde de baterias, especialmente aquelas empregadas em sistemas de armazenamento de energia.
As baterias de íon-lítio têm ampla aplicação no cotidiano, alimentando dispositivos como celulares, notebooks, câmeras e ferramentas portáteis, além de veículos elétricos e sistemas estacionários de armazenamento de energia. Essas últimas são essenciais para equilibrar a oferta e a demanda de eletricidade em redes que dependem de fontes intermitentes, como solar e eólica. O funcionamento dessas baterias envolve um processo chamado intercalação, no qual íons de lítio entram nas partículas do material ativo, ocupando espaços disponíveis em sua estrutura. É nesse processo que surgem as oscilações de tensão observadas pelos pesquisadores, relacionadas ao comportamento não uniforme da carga.
Segundo os autores do estudo, a carga de íons não se distribui de forma homogênea por todas as partículas do eletrodo. Em vez disso, ela se concentra em um subconjunto, que passa quase simultaneamente de um estado pouco carregado para um altamente carregado, gerando as oscilações elétricas detectadas. Para reproduzir esse mecanismo, os cientistas utilizaram uma técnica de modelagem computacional conhecida como modelagem por campo de fase (phase-field). Diferentemente dos modelos tradicionais, que simplificam a representação das partículas, essa abordagem permite resolver equações que descrevem a evolução da concentração de íons de lítio dentro das partículas de forma multidimensional, oferecendo uma simulação mais precisa dos processos físicos envolvidos.
A equipe destaca que o método supera limitações de modelos anteriores, ao reproduzir com maior fidelidade os mecanismos responsáveis pelas oscilações elétricas observadas experimentalmente. Ainda que a confirmação experimental da relação prevista pelo modelo seja necessária, a pesquisa aponta para uma perspectiva promissora de monitoramento não invasivo. Caso a hipótese seja validada, pequenas oscilações de tensão durante o funcionamento das baterias poderão servir de indicador para estimar seu estado interno e acompanhar sua degradação ao longo de múltiplos ciclos de carga e descarga.
A aplicação prática dessa tecnologia poderá viabilizar métodos mais econômicos para avaliar a condição de armazenamento de energia, eliminando a necessidade de desmontagem ou de técnicas avançadas de caracterização, frequentemente caras e complexas. Assim, esse avanço representa uma etapa importante na busca por soluções mais eficientes e acessíveis para a manutenção e gerenciamento de baterias de íon-lítio, que desempenham papel central na transição energética e na eletrificação de veículos e sistemas de armazenamento.
