Imagens de microscópio eletrônico de varredura mostram uma sequência de folhas de lítio tratadas por cientistas da Rice University. Escovar pó de metal em ânodos de lítio para baterias recarregáveis pode evitar a formação de dendritos prejudiciais. As barras de escala representam 100 mícrons. Crédito:The Tour Group
Um pouco de escovação pode ser o segredo para fazer melhores baterias de lítio recarregáveis.
O laboratório do químico James Tour da Rice University introduziu uma técnica para ajustar a superfície dos ânodos para baterias simplesmente pincelando pós neles. O pó adere ao ânodo e torna-se um revestimento fino e litiado que evita efetivamente a formação de dendritos prejudiciais.
Um pó de fósforo e enxofre moído na superfície da folha metálica de lítio demonstrou que sua energia de superfície pode ser ajustada sem a necessidade de solventes tóxicos. Os ânodos assim modificados e emparelhados com cátodos de óxido de lítio-ferro-fosfato em células de teste mostraram que retinham 70% mais capacidade após 340 ciclos de carga-descarga do que as baterias de prateleira.
O estudo aparece em
Materiais Avançados .
"Isso simplificaria a fabricação de baterias de alta capacidade e as melhoraria bastante", disse Tour. “Lixar esses sólidos em pó em um ânodo de metal de lítio reduz drasticamente a formação de dendritos que podem causar curto-circuito em uma bateria, bem como o consumo acelerado dos materiais”.
O autor principal e estudante de pós-graduação da Rice, Weiyin Chen, e seus colegas de laboratório aplicaram a graxa de cotovelo necessária para testar uma variedade de candidatos a pó em seus eletrodos. Eles primeiro escovaram a superfície para dar textura, depois escovaram em pó para criar o filme fino que reage com o metal de lítio e forma uma camada sólida de passivação.
Escovar pós de metal na superfície dos ânodos de lítio mostra a promessa de reduzir a ameaça de dendritos que danificam baterias recicláveis, de acordo com cientistas da Rice University. Crédito:The Tour Group
Chen e o coautor Rodrigo Salvatierra, ex-pesquisador de pós-doutorado e agora visitante acadêmico no laboratório Tour, construíram baterias de teste e determinaram que os ânodos tratados retinham polarização ultrabaixa – outra característica prejudicial para baterias de íons de lítio – por mais de 4.000 horas, cerca de oito vezes mais do que os ânodos de lítio desencapados.
Tour disse que os pós ajustam efetivamente a energia de superfície dos eletrodos, proporcionando um comportamento mais uniforme em todo o material.
"Isso fornece uma superfície composta de metal que evita a perda de metal de lítio do ânodo, um problema comum em baterias de metal de lítio", disse Tour. "As baterias de metal de lítio excedem em muito a capacidade das baterias tradicionais de íons de lítio, mas o metal de lítio muitas vezes é difícil de recarregar repetidamente."
"O pó na superfície do metal de lítio produz uma camada de passivação artificial que melhora a estabilidade ao longo dos ciclos de carga e descarga", disse Chen. "Usando este método de pincel, a superfície de metal é estabilizada para que possa ser recarregada com segurança."
Para mostrar que a técnica pode ter uma aplicação mais ampla, o laboratório também moeu pó em um eletrodo de sódio e descobriu que o processo estabilizou bastante seu sobrepotencial de tensão.
O estudo está de acordo com a recente descoberta do engenheiro mecânico C. Fred Higgs III, de Tour e Rice, de que lixar certos pós em superfícies pode torná-los superhidrofóbicos ou altamente resistentes à água.
Os co-autores do artigo são os ex-alunos da Rice, John Li e Duy Luong; os alunos de pós-graduação Jacob Beckham, Nghi La e Jianan Xu e o visitante acadêmico Victor Li. Tour é o T.T. e W.F. Chao Chair em Química, bem como professor de ciência da computação e de ciência de materiais e nanoengenharia na Rice.
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