Problema 5

Título do Desafio: Rumo a baterias de metal de lítio mais eficientes.

Breve descrição do desafio:

As baterias de metal de lítio têm lítio metálico como ânodo. Diferentemente das baterias de íon-lítio que armazenam íon-lítio, ou átomos, nos vazios da estrutura, as baterias de metal de lítio formam apenas uma camada de lítio em um dos elétrodos: isso permite evitar o uso do material de armazenamento típico das baterias de íon-lítio e, portanto, tendo o mesmo poder de armazenamento em uma fração de peso e volume. Além disso, os tempos de recarga dessas baterias podem, teoricamente, ser mais curtos do que os das baterias de íon-lítio.

Um dos principais problemas que impedem a implantação em larga escala das baterias recarregáveis de lítio metálico é sua curta vida útil, devido principalmente à perda da eficiência coulômbica e à formação de dendritos (estruturas em forma de árvore) que causam curtos-circuitos no interior da bateria: à medida que os ciclos de carga e descarga ocorrem, o lítio se deposita na superfície formando dendritos normais à superfície. Este crescimento dendrítico leva as estruturas de lítio a atingir, após um curto número de ciclos, outros elementos da bateria, tornando-as inúteis.

O desafio é modelar esses crescimentos dendríticos durante ciclos de carga/descarga usando técnicas analíticas, semi-analíticas e numéricas, e estudar se os processos de carga com alguns padrões oscilatórios curtos de microcarga/descarga podem prevenir ou reduzir a formação de tais estruturas dendríticas, permitindo tempos de vida muito maiores para essas baterias promissoras.

Conhecimentos de matemática |  Os estudantes necessitam de ter alguns conhecimentso básicos de alguma linguagem de programação como Python, C ou Fortran.

Coordenadora | Joan Josep Cerdà, IAC3, Espanha.