À medida que nossa sociedade e nossos sistemas de transporte se tornam cada vez mais eletrificados, cientistas em todo o mundo estão buscando sistemas de armazenamento mais eficientes e com maior capacidade. Os pesquisadores da KAUST deram uma contribuição importante ao modificar as baterias de lítio-enxofre (Li-S) para suprimir um problema conhecido como transporte de polissulfeto.

“O gargalo na utilização de energia renovável, especialmente no transporte, é a necessidade de baterias de alta densidade, "diz Eman Alhajji, Ph.D. aluno e primeiro autor do artigo de pesquisa.

As baterias Li-S têm várias vantagens potenciais em relação aos tipos de baterias mais comumente usados. Eles têm uma maior capacidade teórica de armazenamento de energia e o enxofre é um elemento não tóxico prontamente disponível na natureza. O enxofre também é um resíduo da indústria petroquímica, portanto, poderia ser obtido de forma relativamente barata e, ao mesmo tempo, aumentando a sustentabilidade de outra indústria.

O transporte de polissulfeto envolve o movimento de intermediários contendo enxofre entre o cátodo e o ânodo durante os processos químicos da bateria. Isso degrada seriamente a capacidade e a capacidade de recarga das tecnologias de bateria Li-S que foram exploradas até o momento.

A solução da equipe KAUST é baseada em uma camada de grafeno. Eles fazem isso submetendo um polímero de poliimida à energia do laser em um processo chamado gravação a laser, criar um material poroso adequadamente estruturado. Uma característica fundamental é que o material é hierarquicamente poroso em três dimensões, o que significa que tem uma variedade de poros de tamanhos diferentes. Partículas de carbono de tamanho nanométrico são então adicionadas e absorvidas pelos poros para formar o produto final.

Alhajji e seus colegas descobriram que colocar uma fina camada deste material entre o cátodo e o ânodo de uma bateria Li-S suprime significativamente o transporte de polissulfeto.

"Tornar esta camada intermediária independente com apenas alguns micrômetros de espessura foi um desafio, "diz Alhajji, adicionando, "Foi divertido enrolá-lo como massa de brinquedo, mas então eu tive que lidar com isso de uma maneira muito gentil, especialmente durante a montagem da bateria. "

Até agora, a maioria das opções propostas para resolver o problema de transporte de polissulfeto sofreram limitações que as tornam inadequadas para aplicação comercial em larga escala. Em contraste, o grafeno gravado a laser desenvolvido na KAUST é produzido por um método que os pesquisadores descrevem como "escalonável e direto".

Alhajji ganhou o prêmio de melhor pôster da Sociedade de Pesquisa de Materiais em 2021 com base em sua ideia de suprimir o vaivém. "Esta é uma competição realmente desafiadora, "diz o supervisor de Alhajji, Husam Alshareef, adicionando, "Apenas um punhado de alunos do programa Ciência e Engenharia de Materiais da KAUST ganhou este prêmio."