p Baterias de íon de lítio convencionais, como aqueles amplamente usados ​​em smartphones e notebooks, atingiram os limites de desempenho. O químico de materiais Freddy Kleitz da Faculdade de Química da Universidade de Viena e cientistas internacionais desenvolveram um novo material de ânodo nanoestruturado para baterias de íon de lítio, que estende a capacidade e o ciclo de vida das baterias. Com base em um óxido de metal mesoporoso misturado em combinação com grafeno, o material pode fornecer uma nova abordagem sobre como fazer melhor uso de baterias em grandes dispositivos, como veículos elétricos ou híbridos. O estudo já foi publicado como matéria de capa da atual edição da Materiais de energia avançados . p Alta densidade de energia, Ciclo de vida estendido e nenhum efeito de memória:as baterias de íon de lítio são os dispositivos de armazenamento de energia mais difundidos para dispositivos móveis, bem como portadores de esperança para a mobilidade elétrica. Os pesquisadores estão procurando novos tipos de material de eletrodo ativo para levar as baterias ao próximo nível de alto desempenho e durabilidade, e para torná-los mais utilizáveis ​​para dispositivos grandes. "Os materiais nanoestruturados da bateria de íon de lítio podem fornecer uma boa solução, "diz Freddy Kleitz do Departamento de Química Inorgânica - Materiais Funcionais da Universidade de Viena, que junto com Claudio Gerbaldi, líder do Grupo de Materiais Aplicados e Eletroquímica do Politécnico de Torino, Itália, é o autor principal do estudo.

p O nanocompósito 2-D / 3-D baseado em uma mistura de óxido de metal e grafeno, desenvolvido pelos dois cientistas e suas equipes, melhora seriamente o desempenho eletroquímico das baterias de íon de lítio. "Em nossos testes, o novo material do eletrodo forneceu capacidade específica significativamente melhorada com estabilidade de ciclo reversível sem precedentes acima de 3, 000 ciclos reversíveis de carga e descarga, mesmo em regimes de corrente muito alta até 1, 280 miliamperes, "diz o chefe do departamento Freddy Kleitz. As baterias de íon de lítio atuais perdem seu desempenho após cerca de 1, 000 ciclos de carregamento.

p Nova receita

p Anodos convencionais geralmente existem de material de carbono, como grafite. "Os óxidos de metal têm uma capacidade de bateria melhor do que o grafite, mas eles são bastante instáveis ​​e menos condutores, ", explica Kleitz. Os pesquisadores descobriram uma maneira de fazer o melhor uso das características positivas de ambos os compostos. Eles desenvolveram uma nova família de materiais ativos de eletrodo, com base em um óxido de metal misto e o grafeno altamente condutor e estabilizador, apresentando características superiores em comparação com a maioria das nanoestruturas e compósitos de óxido de metal de transição.

p Como primeiro passo, com base em um procedimento de cozimento recém-projetado, os pesquisadores conseguiram misturar cobre e níquel de maneira homogênea e controlada para obter o metal misturado. Com base em nanocast - um método para produzir materiais mesoporosos - eles criaram partículas de óxido de metal misto nanoporoso estruturado, que devido à sua extensa rede de poros têm uma área de reação muito alta ativa para a troca com o íon de lítio do eletrólito da bateria. Os cientistas então aplicaram um procedimento de secagem por spray para envolver as partículas de óxido de metal misturadas firmemente com finas camadas de grafeno.

p Design simples e eficiente

p O uso de baterias de íon de lítio para e-mobilidade é considerado problemático do ponto de vista ambiental, por exemplo. devido à sua produção intensiva de matéria-prima. Pilhas pequenas que podem armazenar o máximo de energia possível, duram o máximo possível e não são muito dispendiosos para fabricar e podem promover seu uso em dispositivos de grande escala. "Comparado com as abordagens existentes, nossa estratégia de engenharia inovadora para o novo material de ânodo de alto desempenho e longa duração é simples e eficiente. É um processo à base de água e, portanto, amigo do ambiente e pronto para ser aplicado a nível industrial, "concluem os autores do estudo.