Incorporar materiais orgânicos em baterias de íon de lítio pode reduzir seu custo e torná-las mais ecológicas, Pesquisadores do A * STAR descobriram. A equipe desenvolveu um cátodo de bateria de base orgânica que melhorou significativamente o desempenho eletroquímico em comparação com os materiais de cátodo orgânico anteriores. Crucialmente, o novo material também é robusto, permanecendo estável ao longo de milhares de ciclos de carga / descarga da bateria.

O cátodo, o eletrodo positivo em baterias de íon-lítio, é um componente crítico. Um deficiente de elétrons, molécula orgânica rígida chamada hexaazatrinaftaleno (HATN) foi investigada anteriormente como um material catódico orgânico para baterias de íon de lítio. Contudo, seu promissor desempenho inicial diminuiu rapidamente durante o uso, porque a molécula começou a se dissolver no eletrólito líquido da bateria.

Um novo material de cátodo, em que HATN foi combinado com óxido de grafeno em uma tentativa de evitar a dissolução do material orgânico, agora foi desenvolvido por Yugen Zhang e seus colegas do Instituto A * STAR de Bioengenharia e Nanotecnologia.

Em óxido de grafeno, uma folha grossa de átomos de carbono com um único átomo é parcialmente coberta por uma camada de átomos de oxigênio. "O óxido de grafeno tem excelente condutividade eletrônica, e funcionalidade de oxigênio de superfície que pode formar interações de ligação de hidrogênio com HATN, "Diz Zhang. Ele explica que isso fez do óxido de grafeno um candidato promissor para formar um nanocompósito de óxido de grafeno HATN.

O desempenho do nanocompósito superou as expectativas. Os materiais combinados para formar nanobastões de núcleo-casca em que o HATN foi revestido com óxido de grafeno. "O óxido de grafeno e HATN formaram uma estrutura composta muito boa, que resolveu o problema de dissolução de HATN no eletrólito e deu ao cátodo uma estabilidade de ciclo muito boa, "Zhang diz. Uma bateria de íon de lítio usando este material como seu cátodo reteve 80 por cento de sua capacidade após 2.000 ciclos de carga / descarga.

A equipe viu um desempenho ainda melhor quando combinou o óxido de grafeno com um derivado HATN chamado ácido hexaazatrinaftaleno tricarboxílico (HATNTA). Uma bateria feita com este material reteve 86 por cento de sua capacidade após 2, 000 ciclos de carga / descarga. O desempenho melhorado é provavelmente devido aos grupos de ácido carboxílico polares na molécula HATNTA, que ligou a molécula ainda mais fortemente ao óxido de grafeno.

A equipe continua a desenvolver novos materiais para melhorar o desempenho dos cátodos orgânicos, Zhang diz. Além de investigar alternativas ao óxido de grafeno, a equipe também está trabalhando em polímeros porosos à base de HATN para uso como materiais catódicos orgânicos, que deve aumentar o fluxo de íons durante a carga e descarga da bateria.