Combinar dois aditivos em vez de um para facilitar a incorporação de lítio nos condensadores:esta é a solução proposta pelos investigadores do Instituto de matériaux Jean Rouxel (CNRS / Université de Nantes), em colaboração com Münster Electrochemical Energy Technology (Universidade de Münster, Alemanha), para promover o baixo custo, simples, e o desenvolvimento eficiente dos capacitores de íon-lítio usados ​​para armazenar energia elétrica. Essa pesquisa, publicado em Materiais de energia avançada em 5 de junho de 2019, permitirá a comercialização em massa desses componentes.

Os sistemas de armazenamento eletroquímico para eletricidade desempenham um papel central na integração de fontes de energia renováveis, e estão prestes a assumir o setor de eletromobilidade. Existem duas soluções para armazenar essa energia:baterias de íons de lítio, que têm a vantagem de grande capacidade de armazenamento, e capacitores, que têm menos capacidade, mas pode carregar e descarregar muito rapidamente um grande número de vezes. Os capacitores de íons de lítio (LIC) combinam o melhor dos dois mundos.

Os materiais que compõem os capacitores de íons de lítio não contêm íons de lítio (ou elétrons), ao contrário das baterias. Portanto, é necessário prosseguir com uma etapa de pré-litiação para adicioná-los, para que o dispositivo possa funcionar. Duas estratégias amplas são usadas hoje:qualquer um dos materiais constituintes do capacitor é pré-litiado antes de sua integração, ou um aditivo com alto teor de íons de lítio irá redistribuí-los entre os materiais do capacitor durante a primeira carga. No entanto, esses métodos são caros e complexos, e pode diminuir a capacidade do dispositivo. O que mais, a maioria dos aditivos de pré-litiação disponíveis se deterioram quando em contato com o ar e / ou os solventes usados ​​para fabricar capacitores de íon-lítio. Resumidamente, mesmo que algumas das soluções propostas funcionem hoje, não existe uma "receita milagrosa" de alto desempenho, resistente, simples, e barato.

Pesquisadores do l'Institut des matériaux Jean Rouxel1 (CNRS / Université de Nantes), em colaboração com Münster Electrochemical Energy Technology (Universidade de Münster), enfrentou esse desafio usando não apenas um, mas dois aditivos acoplados por meio de reações químicas consecutivas. Sua análise mostra que a principal barreira para as abordagens anteriores era o uso de um único aditivo, que tinha que fornecer não apenas íons de lítio e elétrons, mas também atendem a todas as condições de preço, estabilidade química, e desempenho. O uso de dois aditivos, cada um com uma função específica, com um fornecendo íons de lítio e os outros elétrons, oferece uma latitude muito maior, pois eles podem ser selecionados independentemente por seu preço, propriedades quimicas, e desempenho. Quando um capacitor de íon de lítio está carregando, o primeiro aditivo (pireno, naturalmente presente em certos tipos de carvão) libera elétrons e prótons. O segundo aditivo, Li3PO4 (produção em massa na indústria do vidro, por exemplo), captura esses prótons, e, por sua vez, libera íons de lítio que ficam então disponíveis para pré-litiação.

Uma vantagem adicional desta abordagem é que, após a pré-litiação, o resíduo de um dos dois aditivos usados, pireno, contribui para o armazenamento de cargas, aumentando assim a quantidade de energia elétrica armazenada no dispositivo. A eficiência e versatilidade oferecidas por esta nova abordagem abre o caminho para uma solução barata para a pré-litiação, resultando em capacitores de íon-lítio que podem armazenar mais energia. A quebra dessa barreira tecnológica deve, portanto, possibilitar uma comercialização mais rápida desses dispositivos.