Os pesquisadores da Skoltech e seus colegas mostraram que o LATP, um eletrólito sólido considerado para uso no armazenamento de energia de próxima geração, é altamente sensível à água, o que tem implicações diretas no desempenho e na vida útil da bateria em potencial. O artigo foi publicado na revista Química de Materiais .

Embora as fontes de energia renováveis ​​atraiam muito interesse em todo o mundo devido às tecnologias verdes e alta eficiência de conversão, sua integração continua sendo um desafio, pois as energias renováveis ​​são inerentemente cíclicas e inconsistentes. Como a noite segue o dia e a calma segue o vento, o modo inativo segue a geração de energia. Essa fonte de alimentação intermitente imprevisível não pode atender às expectativas do consumidor, mas existe uma solução que pode superar este obstáculo:redes de armazenamento de energia. Espera-se que esses sistemas coletem energia gerada espontaneamente e a distribuam sob demanda, fornecendo fornecimento de energia estável e flexível.

Entre a ampla gama de sistemas de armazenamento de energia, baterias redox-flow parecem ser as mais adequadas devido à fácil escalabilidade, Operação, e potência de saída controlável. Uma bateria de fluxo redox é, de certa forma, uma bateria convencional virada do avesso:os eletrodos são líquidos (anólito e católito), enquanto o eletrólito condutor de íons é uma membrana sólida. As propriedades desta membrana determinam o desempenho final e a vida útil da bateria, então os cientistas estão considerando vários materiais, ambos inorgânicos e poliméricos, isso seria adequado para este propósito.

Um desses compostos é Li _1,3 Al _0,3 Ti _1,7 (PO ₄ ) ₃ , ou LATP. É um conhecido material condutor de lítio pertencente à família NASICON (em homenagem aos primeiros representantes condutores de sódio bem descritos - Na Super Ionic CONductor). Esta família é definida por uma estrutura cristalina semelhante que determina sua alta condutividade iônica.

A condutividade LATP e as características estruturais são descritas de forma bastante completa, no entanto, sua estabilidade em fatores ambientais comuns, como ar e água, permanece mal compreendida. Então, Mariam Pogosova, do Centro Skoltech para Ciência e Tecnologia de Energia, e seus colegas decidiram descobrir se a água pura influencia as propriedades do LATP.

"O LATP despertou nossa curiosidade científica. Um conhecido condutor superiônico, O LATP tem um alto potencial para melhorias químicas e tecnológicas adicionais. Nós conhecíamos suas limitações, tais como propriedades mecânicas fracas (fragilidade) e instabilidade em relação ao lítio metálico. Contudo, essas limitações eram bastante aceitáveis, pois planejávamos compensá-las por meio da criação de material composto. Então, começamos nossos experimentos, "Pogosova explica.

Estudos anteriores do grupo mostraram que as cerâmicas LATP perdiam a condutividade drasticamente quando armazenadas por vários dias tanto no ar ambiente quanto no argônio. Os pesquisadores levantaram a hipótese de que a umidade pode desempenhar um papel fundamental nessa degradação e começaram a explorar a exposição do LATP à água.

Primeiro, os cientistas sintetizaram o LATP por meio da reação de estado sólido original de dois estágios. Eles então colocaram suas amostras em água deionizada por diferentes períodos de tempo até 12 horas e conduziram a eletroquímica subsequente, estrutural, análises químicas e morfológicas apoiadas em modelagem teórica.

Os experimentos mostraram que as cerâmicas LATP se degradam significativamente em contato com a água, perdendo até 64% na condutividade iônica total após aproximadamente duas horas de exposição. Os cientistas também observaram outras evidências de degradação:microcracking, distorção da forma do grão, formação de nanopartículas, a composição química muda, redução da célula unitária, poliedros intraestruturais e alterações de deformação. Tudo isso os levou a concluir que as cerâmicas LATP são altamente sensíveis à água e provavelmente inadequadas para uso em baterias aquosas de fluxo redox.

"Evidentemente, o impacto da água é uma preocupação para LATPs puros e sua adequação para sistemas de fluxo redox, especialmente os aquosos. Quero enfatizar que o sistema de água deionizada / LATP analisado neste estudo não representa as condições reais da bateria de fluxo redox, pois as soluções anólito / católito são mais complexas. Portanto, neste ponto, Eu não tentaria prever o futuro do LATP. No entanto, Acredito que o conhecimento fundamental obtido já é valioso e aplicável:qualquer tipo de água agora é claramente um motivo para estarmos alerta. Por exemplo, agora, podemos preservar o desempenho inicial da cerâmica LATP por meio de um simples tratamento de secagem e vácuo, "Mariam Pogosova diz.

Ela também observa que, surpreendentemente, sua pesquisa é o primeiro estudo completo e versátil do impacto da água no LATP. "Portanto, estamos planejando mais estudos a fim de refinar o comportamento do LATP em outras mídias para revelar se ele terá um bom desempenho sob condições de fluxo redox, "Pogosova diz.