Crédito:Li, Erickson &Manthiram.
Baterias à base de lítio são usadas para alimentar a maioria dos veículos elétricos existentes, no entanto, a quantidade de tempo que eles podem manter um veículo em movimento antes de precisarem ser recarregados ainda é um tanto limitada. No futuro, materiais de cátodo de óxido com alto teor de níquel podem ajudar a aumentar a autonomia de veículos elétricos, permitindo o desenvolvimento de baterias de íon-lítio mais baratas e de melhor desempenho.
No momento, a maioria das baterias de íon de lítio disponíveis no mercado usa uma quantidade significativa de cobalto em um de seus eletrodos. No entanto, o cobalto é caro e não é particularmente abundante na natureza, o que aumenta significativamente os custos de fabricação de baterias à base de lítio.
Cientistas de todo o mundo têm recentemente tentado identificar novas estratégias de design que possam facilitar o uso generalizado dessas baterias, pois isso poderia, por sua vez, reduzir os preços dos veículos elétricos e aumentar a probabilidade de sua adoção em larga escala. Em última análise, isso pode ser alcançado identificando materiais mais abundantes que poderiam ser usados em baterias à base de lítio, criando novas composições, conceber novos processos de produção e introduzir designs estruturais alternativos.
Em um artigo publicado em Nature Energy , pesquisadores da Universidade do Texas em Austin delinearam várias considerações de projeto para cátodos de óxido de alta camada de níquel que poderiam ser implementados em baterias de lítio na próxima década. Seu estudo resume alguns dos desafios que são normalmente encontrados ao tentar maximizar a produção de energia de cátodos de óxido em camadas de alto níquel, ao mesmo tempo que compara alguns projetos emergentes para a criação de baterias à base de lítio com uma química zero de cobalto.
"À medida que avançamos com a eletrificação do setor de transporte, a disponibilidade e acessibilidade do cobalto pode se tornar um impedimento para a comercialização generalizada de baterias de íon-lítio, "Arumugam Manthiram, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse TechXplore. "O principal objetivo por trás de nosso estudo foi, portanto, reduzir ou eliminar o cobalto e aumentar o níquel no eletrodo de uma bateria de íon de lítio."
A principal vantagem de usar níquel em vez de cobalto nos eletrodos é que ele é mais barato e mais fácil de encontrar. Além disso, eletrodos com alto teor de níquel alcançam uma maior capacidade de armazenamento de carga, densidade de energia, e tempos de operação mais longos entre as cargas do que os cátodos com grandes quantidades de cobalto.
Infelizmente, Contudo, Os cátodos de óxido em camadas contendo grandes quantidades de níquel podem ser muito difíceis de sintetizar, embora mantendo um bom desempenho. Em seu estudo, Manthiram e seus colegas propuseram uma série de estratégias que poderiam otimizar esses processos de síntese atuais.
"Nossas conquistas mais significativas são que fomos capazes de sintetizar materiais de eletrodo com alto teor de níquel e baixo teor de cobalto com bom desempenho em baterias de íon-lítio, "Disse Manthiram." No entanto, os materiais do eletrodo com alto teor de níquel são suscetíveis à degradação quando expostos ao ar. Atualmente, estamos nos concentrando em estabilizá-los para obter uma melhor estabilidade no ar. "
O estudo realizado por Manthiram e seus colegas descreve uma série de considerações valiosas de design que podem em breve permitir o desenvolvimento de baterias baseadas em lítio mais baratas e de melhor desempenho usando cátodos de óxido com camadas de níquel. Os pesquisadores também realizaram uma avaliação geral das técnicas de estabilização que poderiam facilitar o uso generalizado de baterias de íon-lítio, ajudando países em todo o mundo a cumprir suas metas de eletrificação de veículos.
"Agora estamos nos concentrando em otimizar ainda mais as composições e estabilizações dos materiais de eletrodo que desenvolvemos, bem como em aumentá-los, "Disse Manthiram.
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