Os ânions e cátions nos DIBs agem como o Cowherd e a Weaver Girl. Crédito:TANG Yongbing
Baterias de íon duplo (DIBs), em que cátions e ânions estão envolvidos na reação redox eletroquímica, constituem um candidato promissor para atender aos requisitos de baixo custo de aplicações comerciais. Comparado com baterias convencionais de íons de lítio (LIBs), eles têm vantagens como alta tensão de trabalho, excelente segurança, e respeito pelo meio ambiente.
Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Tang Yongbing e Dr. Zhou Xiaolong dos Institutos de Tecnologia Avançada de Shenzhen (SIAT) da Academia Chinesa de Ciências, juntamente com outros colaboradores, publicou em conjunto um artigo de revisão intitulado "Além das Baterias Convencionais:Estratégias para Baixo- Custo de baterias de íon duplo com alto desempenho "em Angewandte Chemie .
DIBs têm atraído a atenção mundial por sua alta tensão de trabalho, baixo custo, facilidade de reciclagem, e baixo impacto ambiental, etc. No entanto, devido à densidade de compactação da grafite e limitação da capacidade teórica, a estrutura tradicional de carbono duplo dos DIBs tem uma baixa densidade de energia.
Em 2016, O grupo do Prof. TANG projetou um novo DIB de alumínio-grafite que concretizou a ideia de integrar os eletrodos. Ele usou folha de alumínio, que é barato e ecológico, como o material ativo do cátodo e o coletor de corrente ao mesmo tempo, e grafite como o material do ânodo para construir um novo sistema DIB de alumínio-grafite com alta eficiência e baixo custo.
As diferenças entre LIBs (a) e DIBs (b). Crédito:TANG Yongbing
O ânion e o cátodo são como o Cowherd e a Weaver Girl, dois amantes em um conto de fadas chinês, que só podem se encontrar uma vez por ano em uma ponte pega no céu:os dois amantes estão separados pela vasta Via Láctea (eletrólitos), mas com a ajuda da ponte pega (canal iônico), eles se encontram (alta), e depois voltam para seus próprios lugares (carga). Este ciclo se repete continuamente.
As principais diferenças entre DIBs e LIBs podem ser resumidas como:O ânion intercala no cátodo durante a carga, o que leva a diferentes mecanismos de armazenamento de energia eletroquímica e alta tensão de trabalho. Uma vez que os ânions vêm de eletrólitos, os eletrólitos também são considerados materiais ativos em DIBs; Portanto, no processo de descarga de carga, ânions e cátions são separados e reunidos no eletrólito.
A equipe também estendeu a nova ideia de design integrado ao abundante sistema de baterias de íons metálicos alcalinos (alcalino-terrosos). Eles desenvolveram com sucesso um DIB à base de sódio de baixo custo e ecologicamente correto - o DIB à base de íon de potássio - e a bateria de íon de cálcio de alta voltagem e temperatura ambiente, estabelecendo assim uma base muito sólida para a aplicação industrial de tal tecnologia integrada.
