Notícia
Nova proposta de bateria recarregável poderá ser usada em carros elétricos no futuro
Pesquisadores testam células com ânodos de silício e revestimentos de alumina que protegem os cátodos
Jeff Fitlow, Universidade Rice
Uma fina camada de óxido de metal aplicada a cátodos comuns por engenheiros da Escola de Engenharia da Universidade Rice, nos Estados Unidos, revelou novos fenômenos que poderiam levar a uma próxima geração de baterias, mais voltadas para carros elétricos e armazenamento de energia mais estável e robusto.
O estudo, publicado na revista científica ACS Applied Energy Materials, descreve um mecanismo anteriormente desconhecido pelo qual o lítio fica preso nas baterias, limitando assim o número de vezes que ele pode ser carregado e descarregado em potência máxima. Mas essa característica, a princípio indesejável, pode tornar a bateria mais adequada em alguns casos.
O Laboratório de Engenheira Química e Biomolecular da Universidade Rice, liderado pela Dra. Sibani Lisa Biswal, encontrou um ponto ideal nas baterias que, ao não trabalhar com a máxima capacidade de armazenamento, poderia fornecer um ciclo estável e permanente para diversas aplicações.
A Dra. Sibani Biswal disse que as baterias convencionais de íons de lítio utilizam ânodos à base de grafite que têm uma capacidade de menos de 400 miliamperes-hora por grama (mAh/g), mas os ânodos de silício têm potencialmente 10 vezes essa capacidade. Isso vem com uma desvantagem: o silício se expande ao se ligar ao lítio, estressando o ânodo. Ao tornar o silício poroso e limitar sua capacidade a 1.000 mAh/g, as baterias de teste da equipe forneceram um ciclo estável com capacidade ainda excelente.
“A capacidade máxima coloca muita tensão sobre o material, então esta é uma estratégia para obter capacidade sem o mesmo grau de tensão”, explicou a especialista.
A equipe liderada pela colega de pós-doutorado Dra. Anulekha Haridas testou o conceito de emparelhar os ânodos de silício poroso de alta capacidade (no lugar do grafite) com os cátodos de óxido de níquel-manganês e óxido de cobalto (NMC). As baterias de íons de lítio de célula completa demonstraram ciclabilidade estável a 1.000 mAh/g ao longo de centenas de ciclos.
Alguns cátodos tinham uma camada de 3 nanômetros de alumina (aplicada via deposição da camada atômica) e outros não. Aqueles com revestimento de alumina protegeram o cátodo de quebrar na presença de ácido fluorídrico, que se forma se quantidades mínimas de água invadirem o eletrólito. Os testes mostraram que a alumina também acelerou a velocidade de carregamento da bateria, mas reduzindo o número de vezes que ela pode ser carregada e descarregada.
Os pesquisadores já conheciam possibilidades de os ânodos de silício reterem o lítio, tornando-o indisponível para dispositivos de energia, mas disseram que este é o primeiro estudo que considera a própria alumina absorvendo lítio até saturar. Nesse ponto, a camada se torna um catalisador para o transporte rápido de e para o cátodo.
“Esse mecanismo de captura de lítio protege efetivamente o cátodo, ajudando a manter uma capacidade estável e densidade de energia para as células completas”, concluiu a Dra. Haridas.
Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).
Acesse a notícia completa na página da Universidade Rice (em inglês).
Fonte: Mike Williams, Universidade Rice. Imagem: Jeff Fitlow, Universidade Rice.
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