As baterias de íon-lítio (LIBs) são dispositivos de armazenamento de energia vantajosos devido à sua densidade de energia específica mais alta, baixa auto-descarga, e menor efeito de memória. Entre os componentes das baterias, os materiais do eletrodo desempenham um papel fundamental no aprimoramento das propriedades eletroquímicas. Assim, o desenvolvimento de materiais de eletrodo avançados para LIBs de alto desempenho é um objetivo importante em campos de pesquisa relacionados.

Nanomateriais bidimensionais (2-D), incluindo grafeno, nanofolhas de óxido de metal de transição (TMO), nanofolhas de dichalcogeneto de metal de transição (TMD), etc, são compostos por uma ou várias monocamadas de átomos (ou células unitárias). Eles têm excelentes propriedades físicas e químicas em contraste com suas contrapartes a granel. A integração de nanomateriais 2-D com dispositivos de armazenamento de energia pode superar os principais desafios impulsionados pelas crescentes demandas globais de energia. Infelizmente, o uso direto desses materiais em forma de folha é um desafio devido a uma séria tendência de autoaglomeração, condutividade relativamente baixa, e mudanças de volume óbvias ao longo de ciclos repetidos de carga e descarga.

Em um novo artigo de revisão publicado em National Science Review , cientistas da Austrália da Queensland University of Technology e da University of Wollongong resumiram o progresso recente nas estratégias para aprimorar o desempenho de armazenamento de lítio de nanomateriais 2-D. Espera-se que essas estratégias de manipulação de estruturas e propriedades atendam aos principais desafios para nanomateriais avançados em aplicações de armazenamento de energia. Co-autores Jun Mei, Yuanwen Zhang, Ting Liao, Ziqi Sun e Shi Xue Dou identificaram três estratégias principais:hibridização com materiais condutores, funcionalização de superfície / borda, e otimização estrutural.

"A estratégia de hibridização é a mais comum para nanocompósitos baseados em TMOs / TMDs, em que algumas nanoestruturas condutoras, por exemplo. nano-carbono, nanotubos de carbono (CNTs), grafeno, polímeros orgânicos, nanopartículas metálicas, etc, são introduzidos para hibridizar com nanofolhas TMO / TMD para melhorar a condutividade geral e acomodar a expansão de volume de óxido de metal ou nanomateriais de sulfeto durante os ciclos repetidos de carga / descarga, "relatam os pesquisadores.

"A segunda estratégia é a funcionalização de borda / superfície, que pode ser alcançado por dopagem átomo / íon ou engenharia de defeito nas bordas ou nas superfícies dos nanomateriais 2-D. A implantação de heteroátomos ou íons em nanomateriais 2-D ajuda a modular a estrutura eletrônica, a reatividade química da superfície, ou o espaçamento entre camadas dos nanomateriais 2-D, e aumenta ainda mais a capacidade de armazenamento de íons de lítio, "eles escrevem." A terceira estratégia de otimização da estrutura é frequentemente realizada controlando alguns parâmetros estruturais durante a fabricação, como espessura, Tamanho, poros, ou morfologia de superfície, que têm impactos significativos nas propriedades dependentes da estrutura e no desempenho eletroquímico, e são benéficos para aliviar o inevitável auto-empilhamento e expor mais sites ativos. "

Os cientistas concluem, "Essas estratégias eficazes para melhorar o armazenamento de lítio de nanomateriais 2-D serão bons pontos de referência para cientistas e pesquisadores nas áreas relacionadas de materiais, química, e nanotecnologia, que desejam desenvolver baterias recarregáveis ​​de última geração ".