Figura delineando as características estruturais e morfológicas dos dois oxifluoretos sintetizados pelos pesquisadores. Crédito:Ji et al.
Nos últimos anos, baterias à base de lítio tornaram-se amplamente utilizadas para alimentar uma ampla gama de dispositivos eletrônicos, incluindo tablets, telefones inteligentes e computadores portáteis. Essas baterias têm compartimentos diferentes, chamadas células, cada um dos quais contém um eletrodo positivo e um eletrodo negativo separados por um produto químico conhecido como eletrólito.
Eletrodos positivos são geralmente compostos de compostos de lítio, como LiCoO 2 ou LiFePO 4 , enquanto os eletrodos negativos geralmente são feitos de carbono. O eletrólito que os separa, por outro lado, pode ser feito de uma variedade de substâncias químicas.
Em vista do rápido crescimento do uso de baterias de íon-lítio, pesquisadores em todo o mundo têm tentado identificar materiais que possam aumentar sua eficiência e desempenho. Idealmente, esses materiais devem conter elementos abundantes no planeta e com alta densidade energética.
Pesquisadores da University of California Berkeley e do Lawrence Berkeley National Laboratory introduziram recentemente uma nova estratégia para projetar materiais de eletrodo para baterias à base de lítio com potência e densidade de energia notavelmente altas. Esta estratégia, descrito em um artigo publicado em Nature Energy , envolve o uso de dois oxifluoretos a granel com uma ordem semelhante a espinélio parcial, a saber Li 1,68 Mn 1,6 O 3,7 F 0,3 e li 1,68 Mn 1,6 O 3,4 F 0,6 . Os pesquisadores sintetizaram esses dois oxifluoretos usando uma técnica conhecida como liga mecanoquímica.
"Mostramos que a combinação de uma ordem catiônica parecida com espinélio parcial e um excesso substancial de lítio permite o armazenamento de energia densa e rápida, "os pesquisadores escreveram em seu artigo." A sobre-estequiometria de cátions e a ordem parcial resultante são usadas para eliminar as transições de fase típicas de espinelas ordenadas e permitir uma maior capacidade prática, enquanto o excesso de lítio é sinergicamente usado com a substituição de flúor para criar uma alta mobilidade de lítio. "
A abordagem para projetar materiais catódicos introduzida pelos pesquisadores até agora provou ser altamente promissora. Em uma série de experimentos preliminares, os cátodos resultantes alcançaram energias notáveis de mais de 1, 100 Wh kg -1 , taxas de descarga de até 20 A g -1 e uma capacidade acima de 360 mA h g -1 , , que está entre as mais altas relatadas até agora. Além disso, grande parte dessa capacidade foi mantida ao longo do tempo, mesmo quando as baterias foram recarregadas várias vezes.
Interessantemente, quase metade da capacidade resultou de um processo conhecido como redox de oxigênio (ou seja, redução de oxidação). Embora esse fenômeno tenha sido amplamente investigado em óxidos de Ni-Mn-Co ricos em lítio ou em sais de rocha desordenados, raramente foi observada em cátodos do tipo espinélio, como os sintetizados pelos pesquisadores.
Em seus experimentos, os pesquisadores também foram capazes de otimizar a sobre-estoicometria de cátions e o excesso de Li, duas qualidades químicas que podem ajudar a ajustar a estrutura dos materiais do eletrodo. Isso permitiu que eles alcançassem uma série de características desejáveis do cátodo, como cinética de transporte de Li rápida e perfis de tensão excelentes.
No futuro, a estratégia de projeto pode servir como uma diretriz para a realização de materiais catódicos para baterias à base de lítio com alta potência e densidades de energia. Além disso, os dois oxifluoretos sintetizados em seu estudo poderiam ser usados para criar novos, baterias de alto desempenho.
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