p A adsorção de íons do eletrólito na superfície do eletrodo é um processo onipresente, de uso para tecnologias de energia eletroquímica existentes e emergentes. Mas o que acontece quando esses íons penetram em espaços muito pequenos? Para resolver esta questão, pesquisadores da NC State reexaminaram o comportamento de um material "clássico", birnessita. p A birnessita é uma forma hidratada de óxido de manganês que pode armazenar e liberar rapidamente uma variedade de íons positivos de eletrólitos por muitos ciclos. Isso o torna promissor para uso em armazenamento de energia eletroquímica de alta potência, ou em tecnologias eletroquímicas emergentes, como dessalinização e recuperação de elementos raros da água. O que mais, é um material abundante, fácil de fazer, e não tóxico.

p O mecanismo pelo qual a birnessita pode captar e liberar cátions foi descrito como faradaico (envolvendo transferência de carga) e não faradaico (envolvendo apenas adsorção eletrostática de íons).

p Para abordar este debate, os pesquisadores usaram abordagens experimentais e computacionais.

p “Na comunidade de armazenamento de energia, normalmente pensamos no armazenamento de carga como sendo faradaico ou não faradaico, "diz Shelby Boyd, primeiro autor de um artigo sobre o trabalho e pesquisador de pós-doutorado na North Carolina State University. "Em interfaces planas, faradaico se refere à adsorção específica de um íon a um eletrodo com a transferência de carga correspondente, como em uma reação redox. Não faradaico se refere à adsorção puramente eletrostática sem transferência de carga. As pessoas têm apresentado amplamente esses mecanismos de armazenamento de carga como sendo mutuamente exclusivos. Mas o que descobrimos com a birnessita é que a água estrutural da camada intermediária nanoconfinada mitiga as interações entre o cátion intercalado e a birnessita. Isso resulta em um comportamento intermediário dos dois tipos de extremos de adsorção nas interfaces planas. "

p Os pesquisadores também foram capazes de provar experimental e teoricamente que a água entre as camadas de birnessita está efetivamente servindo como um buffer que torna possível o comportamento capacitivo sem causar mudanças estruturais significativas na birnessita.

p Em última análise, os pesquisadores dizem que as descobertas destacam duas direções futuras para o trabalho, ambos são promissores para o campo mais amplo da eletroquímica.

p "O campo da eletroquímica está passando por um renascimento, "diz Veronica Augustyn, autor correspondente do artigo e professor assistente de ciência e engenharia de materiais na NC State. "A capacidade de conectar resultados experimentais com modelagem em escala atomística da interface eletroquímica nos permite sondar mais profundamente do que nunca e fazer perguntas como:Quais são os papéis do solvente? O que pode acontecer quando a reação ocorre sob confinamento? Compreendendo o capacitivo mecanismo de um material como a birnessita, preparamos o terreno para a compreensão de reações eletroquímicas mais complexas. "

p O papel, "Efeitos do confinamento e hidratação intercalar no armazenamento de carga capacitiva em birnessita, "está em breve de Materiais da Natureza .