Uma equipe de pesquisadores da Universidade Shinshu em Nagano, O Japão agora está mais perto de um estreito, bateria de íon-lítio de alta capacidade que poderia abrir as portas para melhores sistemas de armazenamento de energia para veículos elétricos. A equipe de pesquisa foi liderada pelo professor Katsuya Teshima, diretor do Centro de Energia e Ciências Ambientais (CEES) da Universidade Shinshu no Japão. Eles publicaram seus insights online em agosto em Relatórios Científicos .

"As baterias de íon-lítio são sistemas de armazenamento de energia muito promissores para veículos elétricos que requerem densidades de energia relativamente altas, "disse o autor Nobuyuki Zettsu, professor do CEES e do Departamento de Química de Materiais da Universidade Shinshu. "Contudo, suas altas tensões operacionais comumente resultam na decomposição oxidativa da superfície do eletrodo, que posteriormente promove várias reações colaterais. "

As baterias de íon-lítio armazenam muita energia, mas a força necessária para fazer a bateria dispersar a energia é demais - demais, na verdade, que o dano resultante faz com que a bateria perca capacidade de armazenamento.

Para combater esse problema, Zettsu e colegas examinaram as propriedades elétricas e eletroquímicas da alta tensão (> 4,8 V, vs Li + / Li) cátodo, onde os elétrons entram na célula da bateria.

“Muitos pesquisadores têm tentado mitigar o enfraquecimento da capacidade observada através da redução da área de contato direto, "Zettsu disse, apontando para projetos de pesquisa onde os cientistas cobriram a superfície do cátodo com diferentes materiais na tentativa de reduzir a erosão. "Vários estudos fundamentais foram realizados para investigar os efeitos da modificação do revestimento de superfície; no entanto, nenhum deles levou a uma melhoria de desempenho considerável das células de bateria baseadas em cátodo de alta tensão. "

Zettsu pode ter mudado a maré nos modificadores de superfície por meio do uso de uma monocamada automontada. Sua equipe aplicou um revestimento ultrafino de fluoroalquilisilano na superfície dos cátodos. Fluoroalquilisilano, um tipo de silicone, organiza-se no arranjo mais eficiente para conduzir íons de lítio e isolar elétrons, permanecendo com apenas um átomo de espessura.

"Descobrimos ... que o revestimento da superfície do material ativo com uma monocamada automontada ... promoveu um transporte eficiente dentro dos eletrodos, ao mesmo tempo que suprime as reações colaterais que ocorrem no eletrodo e na interface do eletrólito, "Zettsu disse." Este revestimento proporcionou melhorias na densidade de energia e na ciclabilidade em baterias de íon-lítio de alta tensão. "

Os pesquisadores viram que o contato direto entre o cátodo e o eletrólito que entra na bateria foi minimizado, e que a capacidade da bateria não se degradou mesmo depois de ser ciclada cem vezes.

"Os revestimentos de monocamada auto-montados depositados reduziram a barreira de ativação para a transferência de íons de lítio e estabilizaram íons perto da superfície, que afetou positivamente as reações eletroquímicas que ocorrem na interface entre o eletrodo e o eletrólito, "Zettsu disse." Os revestimentos de estabilização de superfície representam uma tecnologia revolucionária para o desenvolvimento de materiais catódicos de alta voltagem sem a limitação do dilema eletroquímico de eficiência versus estabilização. "

Contudo, Zettsu disse, os efeitos totais produzidos pelo revestimento de superfície no sistema de bateria completa precisam ser examinados em mais detalhes para entender melhor quaisquer efeitos colaterais negativos em potencial.

"Nossos resultados podem fornecer novas direções para o projeto de baterias de íon-lítio baseadas em sistemas de alta tensão com desempenho eletroquímico superior, "Disse Zettsu.

A Zettsu planeja introduzir esta tecnologia de tratamento de superfície no mercado até 2022 em cooperação com fabricantes de automóveis e células, com o objetivo de criar baterias de alta energia e ecologicamente corretas.

"Devido às regulamentações ambientais mundiais, o impulso para automóveis elétricos e híbridos está ocorrendo em um ritmo constante. O nível de desempenho necessário para baterias de íon de lítio é muito alto, "Zettsu disse." Atualmente, estamos trabalhando na fabricação de células de bateria reais para veículos híbridos plug-in e veículos elétricos a bateria usando o processo de revestimento e experimentos em modos de condução automática. "