Uma das baterias de moeda de enxofre de lítio em desenvolvimento no Laboratório de Nanoestruturas de Energia da Penn State (E-Nano). Crédito:Patrick Mansell, Estado de Penn
Percorremos um longo caminho desde o vazamento de baterias automotivas com ácido sulfúrico, mas as baterias de lítio modernas ainda têm algumas desvantagens. Agora, uma equipe de engenheiros da Penn State tem um tipo diferente de bateria de lítio-enxofre que poderia ser mais eficiente, menos caro e mais seguro.
"Demonstramos esse método em uma bateria de moedas, "disse Donghai Wang, professor associado de engenharia mecânica. "Mas, Acho que pode eventualmente se tornar grande o suficiente para telefones celulares, drones e ainda maiores para veículos elétricos. "
As baterias de lítio-enxofre devem ser um candidato promissor para a próxima geração de baterias recarregáveis, mas eles têm problemas. Para o lítio, a eficiência em que as transferências de carga são baixas, e, As baterias de lítio tendem a desenvolver dendritos - cristais finos ramificados - ao carregar, que não desaparecem quando descarregados.
Os pesquisadores examinaram um modelo autoformado, camada de interfase de eletrólito sólido híbrido flexível que é depositada por organossulfetos e organopolissulfetos com sais de lítio inorgânicos. Os pesquisadores relatam na edição de hoje (11 de outubro) da Nature Communications que os compostos orgânicos de enxofre atuam como plastificantes na camada de interfase e melhoram a flexibilidade mecânica e a tenacidade da camada. A camada de interfase permite que o lítio se deposite sem crescimento de dendritos. A eficiência Coulombic é cerca de 99 por cento sobre 400 ciclos de recarga e descarga.
Baterias de moedas de lítio e enxofre armazenadas em um carregador rápido. Crédito:Patrick Mansell, Estado de Penn
"Precisamos de algum tipo de barreira no lítio em uma bateria de metal de lítio, ou reage com tudo, "disse Wang.
O enxofre é uma boa escolha porque é barato e fornece a bateria com alta capacidade de carga, densidade de energia mais alta para que uma bateria de enxofre de lítio tenha mais energia. Contudo, uma bateria de enxofre de lítio forma um revestimento inorgânico na bateria que é quebradiço e não pode tolerar mudanças no volume. A interface de enxofre inorgânico não pode sustentar alta energia. Em uma bateria de enxofre de lítio, o eletrólito seca e o lítio a granel corrói. Os dendritos de lítio que se formam podem criar curtos-circuitos e outros riscos à segurança.
"Potencialmente, podemos dobrar a densidade de energia das baterias DC convencionais usando baterias de enxofre de lítio com esta interface híbrida de organossulfeto / organopolissulfeto, "disse Wang.
Donghai Wang, deixou, observa enquanto o candidato a pós-doutorado Guoxing Li monta uma bateria de lítio-enxofre. O Dr. Wang supervisiona o Laboratório de Nanoestruturas de Energia no Laboratório de Pesquisa de Materiais da Penn State. Seu trabalho se concentra no desenvolvimento de nanomateriais para tecnologias de energia limpa, como baterias, células solares, células de combustível, e remediação ambiental. Crédito:Patrick Mansell, Estado de Penn
Eles também podem criar um ambiente mais seguro, bateria mais confiável.
Para criar sua bateria, os pesquisadores usaram um eletrólito à base de éter com aditivos de polímero contendo enxofre. A bateria usa um cátodo de carbono com infusão de enxofre e um ânodo de lítio. O enxofre orgânico no eletrólito forma a si mesmo as camadas de interfase.
Os pesquisadores relatam que "demonstram uma bateria de lítio-enxofre exibindo uma longa vida útil - 1000 ciclos - e boa retenção de capacidade.
