Baterias de íon-lítio (LIBs) que funcionam como fontes de energia de alto desempenho para aplicações renováveis, como veículos elétricos e eletrônicos de consumo, requerem eletrodos que fornecem alta densidade de energia sem comprometer a vida útil das células.

No Journal of Vacuum Science and Technology A , os pesquisadores investigam as origens da degradação em materiais de cátodo LIB de alta densidade de energia e desenvolvem estratégias para mitigar esses mecanismos de degradação e melhorar o desempenho do LIB.

Sua pesquisa pode ser valiosa para muitas aplicações emergentes, particularmente veículos elétricos e armazenamento de energia no nível da rede para fontes de energia renováveis, como eólica e solar.

"A maioria dos mecanismos de degradação em LIBs ocorre nas superfícies do eletrodo que estão em contato com o eletrólito, "disse o autor Mark Hersam." Procuramos entender a química nessas superfícies e, em seguida, desenvolver estratégias para minimizar a degradação. "

Os pesquisadores empregaram a caracterização química de superfície como uma estratégia para identificar e minimizar as impurezas residuais de hidróxido e carbonato da síntese de NCA (níquel, cobalto, alumínio) nanopartículas. Eles perceberam que as superfícies do cátodo LIB primeiro precisavam ser preparadas por recozimento adequado, um processo pelo qual as nanopartículas catódicas são aquecidas para remover as impurezas da superfície, e então bloqueado nas estruturas desejáveis ​​com um revestimento de grafeno atomicamente fino.

As nanopartículas NCA revestidas com grafeno, que foram formulados em cátodos LIB, mostraram propriedades eletroquímicas superlativas, incluindo baixa impedância, desempenho de alta taxa, alta energia volumétrica e densidades de potência, e longos ciclos de vida. O revestimento de grafeno também atuou como uma barreira entre a superfície do eletrodo e o eletrólito, que melhorou ainda mais a vida útil da célula.

Embora os pesquisadores pensassem que o revestimento de grafeno por si só seria suficiente para melhorar o desempenho, seus resultados revelaram a importância do pré-recozimento dos materiais catódicos a fim de otimizar sua química de superfície antes que o revestimento de grafeno fosse aplicado.

Embora este trabalho tenha focado em catodos LIB ricos em níquel, a metodologia pode ser generalizada para outros eletrodos de armazenamento de energia, como baterias de íon de sódio ou íon de magnésio, que incorporam materiais nanoestruturados possuindo alta área de superfície. Consequentemente, este trabalho estabelece um caminho claro para a realização de alto desempenho, dispositivos de armazenamento de energia baseados em nanopartículas.

"Nossa abordagem também pode ser aplicada para melhorar o desempenho de ânodos em LIBs e tecnologias de armazenamento de energia relacionadas, "disse Hersam." Em última análise, você precisa otimizar o ânodo e o cátodo para obter o melhor desempenho possível da bateria. "