As baterias de lítio-ar estão prestes a se tornar a próxima substituição revolucionária das baterias de íon-lítio usadas atualmente para alimentar veículos elétricos, telefones celulares e computadores.

Baterias de lítio-ar, que atualmente ainda estão em estágios experimentais de desenvolvimento, pode armazenar 10 vezes mais energia do que baterias de íon de lítio, e eles são muito mais leves. Dito isto, As baterias de lítio-ar podem ser ainda mais eficientes e fornecer mais carga com a incorporação de catalisadores avançados feitos de materiais bidimensionais. Os catalisadores ajudam a aumentar a taxa de reações químicas dentro das baterias, e dependendo do tipo de material do qual o catalisador é feito, eles podem ajudar a aumentar significativamente a capacidade da bateria de reter e fornecer energia.

"Vamos precisar de baterias de densidade de energia muito alta para alimentar novas tecnologias avançadas que são incorporadas aos telefones, laptops e principalmente veículos elétricos, "disse Amin Salehi-Khojin, professor associado de engenharia mecânica e industrial na Faculdade de Engenharia da UIC. Salehi-Khojin e seus colegas sintetizaram vários materiais 2-D que podem servir como catalisadores. Vários de seus materiais 2-D, quando incorporado em baterias experimentais de lítio-ar como o catalisador, permitiu que a bateria retenha até 10 vezes mais energia do que as baterias de lítio-ar contendo catalisadores tradicionais. Suas descobertas são publicadas no jornal Materiais avançados .

"Atualmente, veículos elétricos em média cerca de 100 milhas por carga, mas com a incorporação de catalisadores 2-D em baterias de lítio-ar, poderíamos fornecer cerca de 400 a 500 milhas por carga, o que seria uma verdadeira virada de jogo, "disse Salehi-Khojin, que também é o autor correspondente do artigo. "Isso seria um grande avanço no armazenamento de energia."

Salehi-Khojin e seus colegas sintetizaram 15 tipos diferentes de dichalcogenetos de metais de transição 2-D ou TMDCs. Os TMDCs são compostos únicos porque têm alta condutividade eletrônica e rápida transferência de elétrons que podem ser usados ​​para participar de reações com outros materiais, como as reações que ocorrem dentro das baterias durante o carregamento e o descarregamento.

Os pesquisadores estudaram experimentalmente o desempenho de 15 TMDCs como catalisadores em um sistema eletroquímico que imita uma bateria de lítio-ar.

"Em sua forma 2-D, esses TMDCs têm propriedades eletrônicas muito melhores e maior área de superfície reativa para participar de reações eletroquímicas dentro de uma bateria enquanto sua estrutura permanece estável, "explicou Leily Majidi, um estudante de graduação na UIC College of Engineering e primeiro autor do artigo.

"As taxas de reação são muito maiores com esses materiais em comparação com os catalisadores convencionais usados, como ouro ou platina, "Majidi disse.

Uma das razões pelas quais os TDMCs 2-D tiveram um desempenho tão bom é porque eles ajudam a acelerar as reações de carga e descarga que ocorrem em baterias de lítio-ar.

"Isso seria o que é conhecido como bi-funcionalidade do catalisador, "Salehi-Khojin disse.

Os materiais 2-D também sinergizam com o eletrólito - o material através do qual os íons se movem durante a carga e descarga.

"Os TDMCs 2-D e o eletrólito líquido iônico que usamos atuam como um sistema de cocatalisador que ajuda a transferência de elétrons mais rápida, levando a cargas mais rápidas e armazenamento e descarga de energia mais eficientes. "

"Esses novos materiais representam um novo caminho que pode levar as baterias para o próximo nível, só precisamos desenvolver maneiras de produzi-los e ajustá-los de forma mais eficiente e em escalas maiores, "Salehi-Khojin disse.