p A bateria de íon de lítio de hoje foi inventada há muito tempo, não há muito mais eficiência para extrair dele. Agora, pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) relatam um grande progresso nos cátodos feitos com os chamados materiais "desordenados", um novo tipo promissor de bateria de lítio. p Em um par de artigos publicados este mês em Nature Communications e Cartas de revisão física ( PRL ), uma equipe de cientistas liderada por Gerbrand Ceder criou um conjunto de regras para fazer novos materiais desordenados, um processo que antes era conduzido por tentativa e erro. Eles também encontraram uma maneira de incorporar flúor, o que torna o material mais estável e com maior capacidade.

p "Esta realmente parece ser uma nova direção interessante para fazer cátodos de alta densidade de energia, "disse Ceder, um Cientista Sênior do Corpo Docente no Berkeley Lab, que também tem uma nomeação no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da UC Berkeley. "É notável que todos os sais de rocha desordenados que as pessoas criaram até agora tenham uma capacidade de bateria muito alta. No artigo da PRL, damos uma orientação sobre como fazer esses materiais de forma mais sistemática."

p Os benefícios da desordem

p O material do cátodo nas baterias de lítio é normalmente "encomendado, "significando que os átomos de lítio e de metal de transição estão dispostos em camadas organizadas, permitindo que o lítio entre e saia das camadas. Alguns anos atrás, O grupo de Ceder descobriu que certos tipos de material desordenado podem armazenar ainda mais lítio, dando às baterias maior capacidade.

p O principal autor do artigo PRL, "A origem da estrutura eletrônica do distúrbio catiônico em óxidos de metais de transição, "é Alexander Urban, um pós-doutorado do Berkeley Lab.

p "Apesar de suas propriedades atraentes, a descoberta de novos materiais desordenados foi impulsionada principalmente por tentativa e erro e por confiar na intuição humana, - disse Urban. - Agora, pela primeira vez, identificamos um critério de design simples para prever novas composições desordenadas. O novo entendimento estabelece uma relação entre as espécies químicas, distorções locais da estrutura cristalina, e a tendência de formar fases desordenadas. "

p A outra vantagem de usar materiais desordenados é a capacidade de evitar o uso de cobalto, um recurso limitado, com mais da metade da oferta mundial existente em países politicamente instáveis. Ao mudar para sais de rocha desordenados, os projetistas de baterias poderiam usar uma ampla gama de produtos químicos. Por exemplo, materiais desordenados foram feitos usando cromo, titânio, e molibdênio.

p "Queremos ter mais liberdade de composição, para que possamos ajustar outros parâmetros, "Ceder disse." Existem tantas propriedades para otimizar - a voltagem, a estabilidade de longo prazo, seja fácil de sintetizar - há muito que fazer para levar um material de bateria para um estágio comercial. Agora temos uma receita de como fazer esses materiais. "

p Como e por que fluoretar baterias

p Outro grande avanço nas baterias de íon-lítio é relatado no Nature Communications papel, "Mitigar a perda de oxigênio para melhorar o desempenho do ciclo de materiais catódicos com desordem catiônica de alta capacidade, "que mostra que materiais desordenados podem ser fluorados, ao contrário de outros materiais de bateria. A fluoração confere duas vantagens:permite maior capacidade e torna o material mais estável. Em uma bateria, a maior estabilidade se traduziria em um dispositivo com ciclo de vida longo e com menor probabilidade de pegar fogo.

p O principal autor do artigo, Jinhyuk Lee, ex-pesquisador do Berkeley Lab, trabalhou com cientistas do Berkeley Lab's Advanced Light Source (ALS), uma fonte de feixes de raios-X para pesquisas científicas, para conduzir experimentos in situ. "O ALS foi muito importante para entender o mecanismo pelo qual obtemos maior capacidade, "Ceder disse." O que é realmente legal é que você pode olhar para a bateria enquanto ela está operando, e veja a estrutura eletrônica dos cátodos. Então você aprende como ele carrega e descarrega, para onde vão os elétrons, que é um aspecto crucial do armazenamento de carga. "

p Os cientistas da ALS Shawn Sallis e Wanli Yang são co-autores, assim como Bryan McCloskey, do Laboratório de Berkeley. “Seu grupo foi fundamental para mostrar que esses materiais são mais estáveis ​​e não perdem oxigênio, "Ceder disse.

p Agora que eles demonstraram o conceito, A Ceder planeja fazer o acompanhamento, tentando adicionar ainda mais flúor aos materiais.

p "Novos materiais de cátodo são a direção mais quente em baterias de íon-lítio, "Ceder disse." O campo está um pouco preso. Para obter mais melhorias no armazenamento de energia, existem apenas algumas direções a seguir. Uma são as baterias de estado sólido, e a outra é continuar melhorando a densidade de energia dos materiais do eletrodo. Os dois não são mutuamente exclusivos. Definitivamente, essa linha de pesquisa ainda não se esgotou. "