Algoritmo avalia desgaste de baterias de lítio e antecipa falhas com imagens SEM

Investigadores da Universidade da Califórnia, em San Diego, apresentaram um método que permite vigiar o estado de baterias de ião-lítio e prever avarias com antecedência. A abordagem combina microscopia eletrónica de varrimento (SEM) com um algoritmo capaz de medir a uniformidade dos depósitos de lítio nos elétrodos.

Método baseia-se em microscopia eletrónica de varrimento

O processo começa com a obtenção de imagens de alta resolução dos elétrodos através de SEM. As fotografias captam a morfologia da superfície, crucial para perceber como o lítio se deposita durante os ciclos de carga e descarga. A deposição regular prolonga a vida útil da célula; já a formação irregular origina estruturas em forma de agulha, conhecidas como dendritos, que podem perfurar o separador interno e provocar curtos-circuitos.

Até agora, a avaliação desses depósitos dependia de análise visual, sujeita a interpretações diferentes entre laboratórios. O novo trabalho propõe uma métrica objetiva, reduzindo a variabilidade dos resultados e criando uma linguagem comum para descrever o comportamento do lítio.

Índice de dispersão quantifica a uniformidade

Após capturar a imagem, o algoritmo converte cada pixel em preto ou branco: os pontos claros representam lítio ativo à superfície; os escuros correspondem a substrato ou material inativo. De seguida, o software divide a fotografia em múltiplas regiões e conta a proporção de píxeis brancos em cada secção.

A partir desses valores é calculado o índice de dispersão (ID), número que resume o grau de uniformidade. Um valor próximo de zero indica distribuição homogénea, enquanto um ID elevado denuncia aglomeração de lítio em áreas específicas.

Para validar a fiabilidade da métrica, a equipa analisou 2 048 imagens, garantindo consistência estatística antes de aplicar o método em elétrodos reais. Os testes mostraram que o ID aumenta à medida que a bateria acumula ciclos, sinalizando a degradação progressiva do material.

Sinal de aviso antes da avaria

O comportamento do índice também revelou picos e quebras súbitas pouco antes de falhas na célula. Estes desvios funcionam como alarme preliminar, permitindo intervir ou retirar o acumulador de serviço antes de ocorrer um curto-circuito.

Segundo os autores, a simplicidade do processo constitui outra vantagem. A microscopia SEM já faz parte da rotina de vários laboratórios, e o algoritmo pode ser executado em computadores comuns, sem necessidade de hardware especializado. O custo reduzido favorece a adoção generalizada da técnica em projetos de investigação e em linhas de produção, contribuindo para baterias mais seguras e com maior duração.

Implicações para veículos elétricos e armazenamento estacionário

Com milhões de baterias de ião-lítio atualmente instaladas em automóveis elétricos, sistemas portáteis e unidades estacionárias, qualquer melhoria na monitorização traduz-se em ganhos de segurança e de economia de recursos. A identificação precoce de depósitos irregulares pode evitar incêndios e permitir o desenvolvimento de eletrólitos ou aditivos que promovam uma deposição mais uniforme.

Além disso, o método ajuda a comparar resultados entre diferentes grupos de investigação, acelerando o avanço de tecnologias como as baterias de lítio metálico, que prometem duplicar a capacidade de armazenamento caso o desafio dos dendritos seja ultrapassado.

Próximos passos

Os investigadores planeiam alargar a base de dados de imagens e refinar o algoritmo para distinguir outras formas de degradação, incluindo a formação de películas sólidas e fraturas mecânicas nos elétrodos. A integração da ferramenta em plataformas de machine learning poderá ainda automatizar a detecção de anomalias em tempo real, facilitando a gestão de frotas de veículos elétricos ou de parques de baterias estacionárias.

Ao introduzir um critério quantitativo simples, a equipa da UC San Diego dá um passo relevante na direcção de sistemas de armazenamento de energia mais fiáveis, respondendo a uma necessidade crescente num mercado em rápida expansão.

Imagem: Ernest Ojeh via olhardigital.com.br