Eletrólitos são componentes químicos que permitem o fluxo de íons entre o cátodo e o ânodo dentro das baterias, em última análise, fornecendo energia elétrica para dispositivos tecnológicos. A maioria das baterias de íon-lítio convencionais e prontamente disponíveis são fabricadas com eletrólitos à base de carbonato.

Apesar de seu uso generalizado, os eletrólitos de carbonato altamente inflamáveis ​​limitam muito as temperaturas nas quais uma bateria pode operar corretamente devido à sua alta afinidade entre seus solventes químicos e os íons dentro das baterias. Isso resulta na maioria das baterias baseadas em eletrólitos de carbonato funcionando com segurança apenas entre -20 ° C e + 50 ° C, ou em tensões entre 0,0 e 4,3V.

Com isso em mente, uma equipe de pesquisadores liderada pelo professor Chunsheng Wang da Universidade de Maryland nos Estados Unidos e outros cientistas da Universidade de Zhejiang na China fabricaram recentemente um novo tipo de bateria que pode funcionar em uma ampla gama de temperaturas, usando eletrólitos fluorados com solventes apolares. Esses eletrólitos fluorados não são inflamáveis, permitindo uma alta estabilidade eletroquímica dentro de uma faixa mais ampla de temperaturas e tensões do que eletrólitos de carbonato.

"Em eletrólitos atuais, a janela de estabilidade eletroquímica e a janela de temperatura de operação não podem atingir o máximo ao mesmo tempo devido à limitação intrínseca da estrutura de solvatação dos eletrólitos, "Xiao Ji, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse TechXplore. "Reduzindo o íon de lítio e ligando-se ao solvente por meio da adição de um anti-solvente, nós desacoplamos a propriedade eletroquímica e física dos eletrólitos e desenvolvemos toda a temperatura (-95 ^o C a +60 ^o C) e eletrólitos de bateria de íon-lítio com todas as voltagens (de 0,0 V a 5,6 V) ", disse sobre o Dr. Xiulin Fan, o primeiro autor do artigo.

Essencialmente, Ji e seus colegas foram capazes de domar a afinidade entre solventes químicos e íons de lítio em baterias, dissolvendo eletrólitos fluorados em solventes não polares altamente fluorados (ou seja, solventes contendo ligações entre átomos com eletronegatividades semelhantes). Os eletrólitos usados ​​permitem uma alta estabilidade eletroquímica em uma ampla janela de tensão de 0,0 a 5,6 V, bem como altas condutividades iônicas em uma ampla faixa de temperatura entre -125 e +70 ° C.

Com os eletrólitos fluorados, os pesquisadores descobriram que LiNi _0,8 Co _0,15 Al _0,05 O ₂ cátodos alcançaram altas eficiências Coulombic de 99,9 por cento, entre −95 e + 70 ° C, enquanto os ânodos de Li agressivos e o LiCoMnO de alta tensão (5,4 V) ₄ alcançou eficiências Coulombic de 99,4 por cento e 99 por cento, respectivamente. Além disso, mesmo a −85 ° C, a bateria ainda pode fornecer ~ 50 por cento de sua capacidade em temperatura ambiente.

"As barreiras de transporte de íons de lítio são drasticamente reduzidas em nosso eletrólito, a faixa de líquido do eletrólito é bastante ampliada, "Chunsheng Wang disse." Além disso, o eletrólito desenvolvido pode suportar uma voltagem muito mais alta em comparação com os eletrólitos de carbonato convencionais comercializados. Portanto, as baterias baseadas em nosso eletrólito podem funcionar em uma faixa de temperatura muito mais ampla. "

Os eletrólitos fluorados usados ​​por Wang e seus colegas provaram até agora ser mais eficazes do que eletrólitos de carbonato, atingir uma alta estabilidade eletroquímica dentro de uma janela de voltagem mais ampla e altas condutividades iônicas em uma faixa mais ampla de temperaturas. Como são totalmente não inflamáveis, eles também são muito mais seguros do que eletrólitos de carbonato. No futuro, os eletrólitos propostos por esta equipe de pesquisadores poderiam ser usados ​​para construir baterias de alto desempenho que também podem funcionar em climas extremos, por exemplo, no Ártico ou na savana africana.

"Agora tentaremos otimizar a composição das baterias que desenvolvemos para reduzir seu custo e também colaborar com as indústrias de baterias para comercializar as baterias para todas as temperaturas, "Ventilador adicionado.

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