Nanopartículas de óxido de cobalto incorporadas em fibras de carbono (à esquerda) para formar estruturas semelhantes a peapod melhoram a vida útil dos eletrodos em baterias de íon-lítio. Crédito:Esquerda:2010 ACS. À direita:iStockphoto.com/pixhook
As baterias de íon-lítio são usadas para alimentar uma ampla gama de dispositivos eletrônicos, incluindo computadores, máquinas fotográficas, reprodutores e calculadoras de áudio digital. Um enorme esforço foi dedicado ao desenvolvimento de baterias de íon-lítio, especialmente para melhorar a eficiência e integridade dos eletrodos da bateria. Isso ocorre porque durante os processos de descarga e carregamento, Os íons de lítio são repetidamente incorporados e extraídos dos eletrodos por formação de liga ou conversão química. Esses eventos recorrentes são conhecidos por causar a degradação progressiva dos eletrodos, danificando irreversivelmente o desempenho da bateria.
Yu Wang do Instituto A * STAR de Ciências Químicas e de Engenharia e colegas de trabalho demonstraram uma estratégia elegante para reduzir o problema de degradação e aumentar a capacidade de retenção das baterias de íon-lítio em muitos ciclos de carga-descarga. A estratégia envolve o uso de um material compósito com uma estrutura de peapod que compreende óxido de cobalto (Co 3 O 4 ) nanopartículas incorporadas em fibras de carbono (ver imagem).
O óxido de cobalto é um material promissor para ânodos em baterias de íon-lítio porque sua capacidade de reter íons é maior do que os materiais convencionais de eletrodo, como o estanho. Além disso, Co 3 O 4 pode ser facilmente convertido para LiCoO 2 , que é o material usado atualmente em cátodos comerciais. Os pesquisadores fizeram as estruturas do peapod aquecendo nanobelts de hidróxido de carbonato de cobalto revestidos com camadas de glicose polimerizada em uma atmosfera inerte a 700 ºC e, em seguida, ao ar a 250 ºC. Os eletrodos construídos com o composto peapod aumentaram o armazenamento de lítio e a retenção de capacidade - fornecendo 91% da capacidade total possível após 50 ciclos de carga-descarga.
“The Co 3 O 4 nanopartículas agem como materiais ativos para armazenar íons de lítio e as fibras ocas de carbono protegem e evitam que as nanopartículas de Co3O4 se agreguem e colapsem, ”Diz Wang. As fibras de carbono também desempenham o papel de conduzir elétrons das nanopartículas.
De acordo com Wang, além da aplicação promissora em baterias de íon-lítio, a fabricação do compósito peapod é uma conquista em si, pois é a primeira vez que tais nanopartículas magnéticas isoladas incorporadas em fibras ocas foram produzidas. A microscopia eletrônica de varredura revelou que o compósito peapod exibe uma morfologia uniforme, com comprimentos de cápsula de até vários micrômetros e diâmetros de cápsula de até 50 nanômetros. Os pesquisadores acreditam que seu método poderia ser estendido para gerar nanopartículas encapsuladas usando uma ampla gama de materiais com aplicações além das baterias de íon-lítio, por exemplo, em engenharia genética, catálise, detecção de gás e fabricação de capacitores e ímãs.
