É possível criar uma bateria de íon de lítio que pode carregar em questão de minutos, mas ainda operar em alta capacidade, de acordo com pesquisa do Rensselaer Polytechnic Institute publicada recentemente em Nature Communications . Este desenvolvimento tem o potencial de melhorar o desempenho da bateria para eletrônicos de consumo, armazenamento de rede solar, e veículos elétricos.

Uma bateria de íon de lítio é carregada e descarregada conforme os íons de lítio se movem entre dois eletrodos, chamado de ânodo e cátodo. Em uma bateria de íon de lítio tradicional, o ânodo é feito de grafite, enquanto o cátodo é composto de óxido de lítio-cobalto.

Esses materiais funcionam bem juntos, é por isso que as baterias de íon-lítio se tornaram cada vez mais populares, mas os pesquisadores da Rensselaer acreditam que a função pode ser aprimorada ainda mais.

“A maneira de melhorar as baterias é melhorar os materiais usados ​​para os eletrodos, "disse Nikhil Koratkar, professor de mecânica, aeroespacial, e engenharia nuclear em Rensselaer, e autor correspondente do artigo. "O que estamos tentando fazer é tornar a tecnologia de íon de lítio ainda melhor em desempenho."

A extensa pesquisa de Koratkar em nanotecnologia e armazenamento de energia o colocou entre os pesquisadores mais citados do mundo. Neste trabalho mais recente, Koratkar e sua equipe melhoraram o desempenho substituindo óxido de cobalto por dissulfeto de vanádio (VS ₂ )

"Dá a você maior densidade de energia, porque é leve. E oferece capacidade de carregamento mais rápido, porque é altamente condutivo. Desses pontos de vista, fomos atraídos por este material, "disse Koratkar, que também é professor do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais.

Excitação em torno do potencial do VS ₂ tem crescido nos últimos anos, mas até agora, Koratkar disse, os pesquisadores foram desafiados por sua instabilidade - uma característica que levaria a uma curta duração da bateria. Os pesquisadores Rensselaer não apenas estabeleceram por que essa instabilidade estava acontecendo, mas também desenvolveu uma maneira de combatê-lo.

O time, que também incluiu Vincent Meunier, chefe do Departamento de Física, Física aplicada, e astronomia, e outros, determinou que a inserção de lítio causou uma assimetria no espaçamento entre os átomos de vanádio, conhecido como distorção de Peierls, que foi responsável pelo desmembramento do VS ₂ flocos. Eles descobriram que cobrindo os flocos com um revestimento nanocamada de dissulfeto de titânio (TiS ₂ ) - um material que não distorce Peierls - estabilizaria o VS ₂ lasca e melhora seu desempenho dentro da bateria.

"Isso era novo. As pessoas não perceberam que essa era a causa subjacente, "Koratkar disse." O TiS ₂ o revestimento atua como uma camada tampão. Ele contém o VS ₂ material junto, fornecendo suporte mecânico. "

Uma vez que o problema foi resolvido, a equipe descobriu que o VS ₂ -TiS ₂ eletrodos podem operar em uma alta capacidade específica, ou armazenar muita carga por unidade de massa. Koratkar disse que o pequeno tamanho e peso do vanádio e do enxofre permitem que eles forneçam uma alta capacidade e densidade de energia. Seu pequeno tamanho também contribuiria para uma bateria compacta.

Quando o carregamento foi feito mais rapidamente, Koratkar disse, a capacidade não caiu tão significativamente como costuma acontecer com outros eletrodos. Os eletrodos foram capazes de manter uma capacidade razoável porque, ao contrário do óxido de cobalto, o VS ₂ -TiS ₂ o material é eletricamente condutor.

Koratkar vê várias aplicações para esta descoberta no aprimoramento de baterias de automóveis, potência para eletrônicos portáteis, e armazenamento de energia solar, onde a alta capacidade é importante, mas o aumento da velocidade de carregamento também seria atraente.