Cansado de ter que conectar seu telefone todas as noites? A ajuda pode estar a caminho.

Uma nova pesquisa na Universidade de Kansas pode fornecer baterias de longa duração para a maioria dos produtos eletrônicos de consumo e veículos eletrônicos nos próximos anos.

Hoje, a maioria dos americanos possui dispositivos eletrônicos alimentados por baterias recarregáveis ​​de íon de lítio e alguns dirigem carros movidos a tecnologia de bateria de íon de lítio. Mas as baterias de íon de lítio têm desvantagens, como a necessidade de recarga regular.

"Todo mundo quer baterias melhores para telefones, eletrônicos e carros, "disse Xianglin Li, professor assistente de engenharia mecânica. "A bateria de íon de lítio atual, que é usado em todos os lugares, não tem densidade de energia suficiente - você precisa carregar seu telefone todos os dias. "

Recentemente, Li ganhou novos $ 219, 312, Subsídio de dois anos da National Science Foundation para impulsionar baterias de lítio-oxigênio de última geração. Ele disse que as baterias de lítio-oxigênio representam a plataforma de bateria mais promissora para substituir o íon-lítio.

"A pesquisa que estamos fazendo sobre a bateria de lítio-oxigênio representa a próxima geração de armazenamento de energia, "disse ele." Teoricamente, tem capacidade de armazenamento cerca de uma ordem de magnitude maior do que o íon de lítio. Então, se você mudar para isso no futuro, você só precisará carregar seu telefone uma vez por semana. Existem tecnologias concorrentes, como as baterias de zinco-ar ou lítio-enxofre, mas o oxigênio-lítio é claramente aquele com a maior capacidade, por isso tem uma grande vantagem ".

Enquanto as baterias de lítio-oxigênio prometem capacidade de armazenamento de energia muito maior, sua deficiência é a incapacidade de descarregar energia tão rápido quanto as baterias de íon de lítio. Até que essa desvantagem seja superada, a tecnologia da bateria de lítio-oxigênio permanecerá em fase de pesquisa de laboratório, de acordo com o investigador KU.

"O problema é que o oxigênio-lítio tem baixa densidade de corrente - dura muito tempo, mas voce nao tem muito poder, "Li disse." Se você usar baterias de lítio-oxigênio para um carro elétrico, você poderia dirigir 500 milhas, mas você não pode acelerar muito rápido. Dirigir apenas alguns quilômetros por hora não é muito divertido. Até onde sei, quase todas as baterias de lítio-oxigênio ainda estão em fase de pesquisa e a tecnologia ainda não tem um mercado muito grande. Atuação, estabilidade e vida útil são todos problemas para baterias de lítio-oxigênio agora. Mas nos anos 70 e 80, as baterias de íon de lítio tiveram problemas semelhantes. "

Com sua nova bolsa NSF, Li espera desenvolver tecnologia para aumentar a densidade de corrente das baterias de lítio-oxigênio para torná-las mais práticas. Ele trabalhará no Centro de Tomografia Computadorizada de Raios-X na Carnegie Mellon University, colaborando com Shawn Litster.

"Nosso objetivo é aumentar a potência da bateria de lítio-oxigênio em uma ordem de magnitude e, ao mesmo tempo, ter a densidade de energia de última geração, "Li disse.

Li e Litster se concentrarão em compreender e melhorar a função do eletrodo de oxigênio da bateria de lítio-oxigênio. Li disse que as baterias de lítio-oxigênio devem absorver o oxigênio do ar através dos poros em nanoescala para facilitar as reações. Então, o desempenho eletroquímico das baterias de lítio-oxigênio depende do fluxo de duas fases do gás líquido na escala dos poros do eletrodo. Os pesquisadores pretendem compreender melhor o transporte em escala de poros dos eletrodos da bateria, governado pelo tamanho dos poros, estrutura, conectividade e molhabilidade.

"Shawn Litster, da Carnegie Mellon, tem um dispositivo exclusivo para medir morfologias em nanoescala - tecnologia que é como uma tomografia computadorizada em um hospital, mas com resolução muito alta até a resolução de 20-30 nanômetros, "Li disse." Queremos medir os eletrodos da bateria de lítio-oxigênio e entender como podemos transferir oxigênio melhor com um design aprimorado. A bateria tem que absorver oxigênio do ar, então, se não fornecermos oxigênio rápido o suficiente, o poder será limitado. Vamos usar suas instalações junto com nossos modelos avançados e teorias para tentar projetar um eletrodo de bateria de alto desempenho - e esperamos ter um protótipo para demonstração em laboratório. "

A investigação se concentrará em melhorar a lenta transferência de massa do oxigênio em eletrodos de bateria.

"As baterias são dispositivos eletroquímicos em que você deseja uma alta taxa de reação - e o único lugar em que a reação pode acontecer é na interface do eletrodo e do eletrólito, "Li disse." Temos que criar uma área de superfície tão alta quanto possível usando nanomateriais, mas a transferência de massa será muito lenta porque os nanoporos têm maior resistência. Em uma bateria de lítio-oxigênio, o eletrólito é líquido e a transferência de massa através do líquido é muito lenta em comparação com o ar. Um exemplo é que você não consegue respirar através de um pedaço de papel encharcado de água por causa da alta resistência da água à transferência de oxigênio. É o mesmo caso para um eletrólito líquido, portanto, queremos criar a fase gasosa em nosso eletrodo para facilitar a transferência de oxigênio. "

Li disse que o projeto tem potencial para resultar em uma tecnologia patenteada que pode impulsionar a pesquisa e a adoção da tecnologia de lítio-oxigênio nos próximos anos. Os pesquisadores planejam formar parcerias potenciais com a indústria local e chegar ao público por meio da Kansas City STEM Alliance.

Adicionalmente, o trabalho de concessão apoiará o treinamento de dois alunos de pós-graduação da KU.

"Atualmente, tenho um aluno de Ph.D. que acho que se juntará a mim no verão para vir para a CMU, "Li disse." É uma grande experiência de treinamento. Ele se formará no final deste ano e no próximo ano haverá outro aluno de pós-graduação - portanto, treinarei dois alunos diferentes durante este projeto. "