Um processo redox de quatro elétrons em uma célula de Li-oxigênio é eletrocatalisado por um cátodo composto de óxido de níquel-sal fundido litiado bifuncional em temperatura elevada para formar Li2O. Ele libera oxigênio sob carga com eficiência quase 100% coulômbica. Crédito:Chun Xia e Chun Yuen Kwok
Químicos da Universidade de Waterloo resolveram com sucesso dois dos problemas mais desafiadores que cercam as baterias de lítio-oxigênio, e no processo criou uma bateria de trabalho com quase 100 por cento de eficiência coulômbica.
O novo trabalho, que aparece esta semana em Ciência , prova que a conversão de quatro elétrons para a eletroquímica de lítio-oxigênio é altamente reversível. A equipe é a primeira a alcançar a conversão de quatro elétrons, que duplica o armazenamento de elétrons de lítio-oxigênio, também conhecido como lítio-ar, baterias.
"Existem limitações baseadas na termodinâmica, "disse Linda Nazar, Presidente de Pesquisa do Canadá em Materiais de Energia de Estado Sólido e autor sênior do projeto. "No entanto, nosso trabalho abordou questões fundamentais que as pessoas vêm tentando resolver há muito tempo. "
A alta densidade teórica de energia do oxigênio-lítio (Li-O 2 ) baterias e seu peso relativamente leve os tornaram o Santo Graal dos sistemas de baterias recarregáveis. Mas problemas de longa data com a química e estabilidade da bateria os mantiveram uma curiosidade puramente acadêmica.
Duas das questões mais sérias envolvem o intermediário da química celular (superóxido, LiO 2 ) e o produto peróxido (Li2O 2 ) reagindo com o cátodo de carbono poroso, degradando a célula de dentro. Além disso, o superóxido consome o eletrólito orgânico no processo, o que limita muito o ciclo de vida.
Nazar e seus colegas trocaram o eletrólito orgânico por um sal fundido inorgânico mais estável e o cátodo de carbono poroso por um catalisador de óxido de metal bifuncional. Então, operando a bateria a 150 C, eles descobriram que o produto mais estável Li2O é formado em vez de Li2O 2 . Isso resulta em uma bateria de Li-oxigênio altamente reversível com eficiência coulômbica próxima de 100 por cento.
Ao armazenar O 2 como óxido de lítio (Li2O) em vez de peróxido de lítio (Li2O 2 ), a bateria não apenas manteve excelentes características de carregamento, alcançou a transferência máxima de quatro elétrons no sistema, aumentando assim o armazenamento teórico de energia em 50 por cento.
"Trocando o eletrólito e o eletrodo hospedeiro e aumentando a temperatura, mostramos que o sistema funciona muito bem, "disse Nazar, que também é Professor Pesquisador Universitário no Departamento de Química de Waterloo.
