p Fitas híbridas de óxido de vanádio (VO2) e grafeno podem acelerar o desenvolvimento de baterias de íon-lítio de alta potência adequadas para carros elétricos e outras aplicações exigentes. p O cientista do laboratório de materiais da Universidade Rice, Pulickel Ajayan, determinou que o material bem estudado é um cátodo superior para baterias que podem fornecer alta densidade de energia e densidade de potência significativa. A pesquisa aparece online este mês no jornal American Chemical Society Nano Letras .

p As fitas criadas na Rice são milhares de vezes mais finas do que uma folha de papel, ainda assim, têm um potencial que supera em muito os materiais atuais por sua capacidade de carregar e descarregar muito rapidamente. Os cátodos construídos em meias-células para teste em Rice totalmente carregados e descarregados em 20 segundos e retiveram mais de 90 por cento de sua capacidade inicial após mais de 1, 000 ciclos.

p "Esta é a direção que a pesquisa de baterias está tomando, não apenas para algo com alta densidade de energia, mas também alta densidade de energia, "Ajayan disse." É algo entre uma bateria e um supercapacitor.

p As fitas também têm a vantagem de usar materiais relativamente abundantes e baratos. "Isso é feito por meio de um processo hidrotérmico muito simples, e acho que seria facilmente escalonável para grandes quantidades, " ele disse.

p Ajayan disse que o óxido de vanádio há muito é considerado um material com grande potencial, e, de fato, o pentóxido de vanádio tem sido usado em baterias de íon-lítio por sua estrutura especial e alta capacidade. Mas os óxidos demoram para carregar e descarregar, devido à sua baixa condutividade elétrica. A rede de grafeno de alta condutividade que é literalmente embutida resolve esse problema muito bem, ele disse, servindo como um conduíte rápido para elétrons e canais para íons.

p As folhas de grafeno da espessura de um átomo ligadas aos cristais ocupam muito pouco volume. Nas melhores amostras feitas na Rice, totalmente 84 por cento do peso do cátodo era o VO2 sugador de lítio, que detinha 204 horas miliamperes de energia por grama. Os pesquisadores, liderado pelo estudante de pós-graduação de Rice Yongji Gong e o autor principal Shubin Yang, disseram que acreditam estar entre o melhor desempenho geral já visto para eletrodos de bateria de íon-lítio.

p "Um desafio para a produção foi controlar as condições para a co-síntese de fitas de VO2 com grafeno, "Yang disse. O processo envolveu a suspensão de nanofolhas de óxido de grafeno com pentóxido de vanádio em pó (óxido de vanádio em camadas, com dois átomos de vanádio e cinco de oxigênio) em água e aquecê-la em uma autoclave por horas. O pentóxido de vanádio foi completamente reduzido a VO2, que se cristalizou em fitas, enquanto o óxido de grafeno foi reduzido a grafeno, Yang disse. As fitas, com um revestimento de grafeno semelhante a uma teia, tinham apenas cerca de 10 nanômetros de espessura, até 600 nanômetros de largura e dezenas de micrômetros de comprimento.

p "Essas fitas eram os blocos de construção da arquitetura tridimensional, "Yang disse." Esta estrutura única era favorável para a difusão ultrarrápida de íons de lítio e elétrons durante os processos de carga e descarga. Foi a chave para a obtenção de um excelente desempenho eletroquímico. "

p Ao testar o novo material, Yang e Gong descobriram que sua capacidade de armazenamento de lítio permaneceu estável após 200 ciclos, mesmo em altas temperaturas (167 graus Fahrenheit) em que outros cátodos comumente decaem, mesmo em baixas taxas de carga-descarga.

p "Acreditamos que este seja um progresso real no desenvolvimento de materiais catódicos para baterias de íon-lítio de alta potência, "Ajayan disse, sugerir que a capacidade das fitas de serem dispersas em um solvente pode torná-las adequadas como um componente nas baterias pintáveis ​​desenvolvidas em seu laboratório.