Pesquisadores da Universidade de Wollongong fabricaram um nanomaterial que atua como um cátodo superior para baterias de sódio-enxofre em temperatura ambiente, tornando-os uma opção mais atraente para armazenamento de energia em grande escala.

Os resultados de suas pesquisas são publicados em Nature Communications , onde foram apresentados na página de destaques dos editores.

Baterias de sódio-enxofre em temperatura ambiente são uma proposta atraente para armazenamento de energia de próxima geração, que será necessário para atender às demandas crescentes. Uma bateria de enxofre de sódio em temperatura ambiente superior com alta densidade de energia e longa vida útil forneceria uma tecnologia competitiva e de baixo custo para armazenamento estacionário em grande escala, promovendo assim a mudança para as energias renováveis.

Contudo, as baterias de sódio-enxofre em temperatura ambiente atualmente sofrem de desbotamento rápido e baixa capacidade reversível.

Os pesquisadores superaram esse problema criando um nanomaterial - nanocristais de sulfeto de níquel implantados em nanotubos de carbono porosos dopados com nitrogênio - que exibiu excelente desempenho quando usado como cátodo.

Os investigadores principais, Dr. Yunxiao Wang e o professor associado Shulei Chou, do Instituto de Supercondutores e Materiais Eletrônicos da UOW, disseram que seu grupo de pesquisa trabalha em baterias de sódio-enxofre em temperatura ambiente desde 2016.

"Por enquanto, as densidades de energia reais das baterias de sódio-enxofre estão muito longe dos valores teóricos, "Dr. Wang disse.

"Suas aplicações práticas são impedidas principalmente pelo cátodo de enxofre problemático devido à sua natureza isolante e à lenta cinética redox, bem como a dissolução e migração dos intermediários de reação. "

A equipe de pesquisa experimentou vários materiais diferentes antes de sua descoberta. O novo nanomaterial não só oferece desempenho superior, mas também é adequado para produção em grande escala e, portanto, comercialização.

Ph.D. o candidato Zichao Yan se dedicou a conduzir os experimentos intrincados necessários para este trabalho.

"Tentamos muitos hospedeiros de carbono, e finalmente encontraram os nanocristais de sulfeto de níquel implantados em nanotubos de carbono porosos dopados com nitrogênio como um hospedeiro de enxofre multifuncional, "Sr. Yan disse.

"Descobrimos que a estrutura de carbono contínua dentro do hospedeiro pode fornecer caminhos curtos de difusão de íons e uma taxa de transferência rápida. E os locais de dopagem de nitrogênio e a superfície polar de sulfeto de níquel são capazes de aumentar a energia de adsorção de polissulfetos, levando a uma forte atividade catalítica para a oxidação de polissulfeto.

"Isso indica que as baterias de sódio-enxofre com este hospedeiro de enxofre podem oferecer um ciclo de vida mais longo e alto desempenho em carregamento e descarregamento rápido."

O próximo passo, Professor Chou disse, era aumentar a produção do material.

"Todos os nossos artigos anteriores, incluindo este, estavam focados em como encontrar um hospedeiro eficiente para pesquisas em escala de laboratório. A próxima etapa do nosso grupo é levar as baterias de sódio-enxofre da escala de laboratório para a escala da indústria, e fazer uma aplicação real para este sistema de bateria. "