Um grupo de pesquisa, utilizando elementos baratos, demonstrou a viabilidade de sintetizar materiais de eletrodos para baterias de íons de lítio (LIBs). Se explorado mais a fundo, esse método pode reduzir a dependência industrial de metais raros, como cobalto e níquel.
Os detalhes de seus resultados foram publicados em ACS Applied Energy Materials em 11 de abril de 2022.

Os metais raros são amplamente utilizados porque formam uma estrutura cristalina adequada para os principais componentes dos LIBs - materiais catódicos. Nestes materiais, o lítio é extraído/inserido de forma fácil e reversível.

Os cientistas há muito procuram maneiras de incorporar outros elementos baratos na estrutura cristalina. No entanto, assim como apenas uma certa quantidade de sal se dissolve em água, a solubilidade de outros elementos é limitada.

O grupo de pesquisa, liderado pelo professor Tetsu Ichitsubo, do Instituto de Pesquisa de Materiais (IMR) da Universidade de Tohoku, empregou uma estratégia diferente. Aproveitando o ganho de energia da "entropia de configuração" - o estado de aleatoriedade de um material - eles expandiram a solubilidade dos elementos constituintes, sintetizando novos materiais de eletrodos de composição:LiCr_1/4 Mn_1/4 Co_1/4 Ni_1/4 O₂ e LiCr_1/5 Mn_1/5 Fe_1/5 Co_1/5 Ni_1/5 O₂ . Isso reduziu significativamente o uso de cobalto e níquel.

"Nossa abordagem libera o potencial de outros elementos não utilizados e nos permitirá otimizar as propriedades de vários eletrodos simultaneamente graças aos designs de materiais flexíveis", diz Ichitsubo.

Os materiais sintetizados pelo novo método também podem melhorar a segurança dos LIBs. Tomoya Kawaguchi, professor assistente do IMR e autor correspondente do artigo afirma:"O aumento da entropia configuracional também aumenta teoricamente a estabilização do material do eletrodo, contribuindo para a segurança de toda a bateria".

Ichitsubo e seu grupo também esclareceram os mecanismos de degradação que afetam o ciclo da bateria com esses novos materiais. Isso servirá como uma diretriz para o desenvolvimento de novos materiais de alto desempenho usando a estratégia de alta entropia.

Embora a ciclabilidade e a capacidade não correspondam aos LIBs convencionais no momento, a capacidade de sintetizar novos materiais de eletrodo abre novos caminhos para a pesquisa de LIBs. + Explorar mais

Modificação e degradação de baterias de íons de lítio baseadas em cátodos ricos em Ni