p As baterias do laboratório do professor Paul Braun em Illinois se parecem com quaisquer outras, mas eles trazem uma surpresa dentro. p O grupo de Braun desenvolveu uma nanoestrutura tridimensional para cátodos de bateria que permite carregamento e descarregamento dramaticamente mais rápidos sem sacrificar a capacidade de armazenamento de energia. As descobertas dos pesquisadores serão publicadas na edição online antecipada de 20 de março da revista. Nature Nanotechnology.

p Além de eletrônicos de consumo de carga rápida, baterias que podem armazenar muita energia, liberar rápido e recarregar rapidamente são desejáveis ​​para veículos elétricos, dispositivos médicos, lasers e aplicações militares.

p "Este sistema que temos fornece energia semelhante a um capacitor com energia semelhante a uma bateria, "disse Braun, professor de ciência e engenharia de materiais. "A maioria dos capacitores armazena muito pouca energia. Eles podem liberá-la muito rápido, mas eles não podem segurar muito. A maioria das baterias armazena uma quantidade razoavelmente grande de energia, mas eles não podem fornecer ou receber energia rapidamente. Isso faz as duas coisas. "

p O desempenho das baterias recarregáveis ​​de íon de lítio (Li-ion) ou de hidreto de metal de níquel (NiMH) degrada significativamente quando são carregadas ou descarregadas rapidamente. Tornar o material ativo na bateria uma película fina permite um carregamento e descarregamento muito rápido, mas reduz a capacidade para quase zero porque o material ativo não tem volume para armazenar energia.

p O grupo de Braun envolve uma fina película em uma estrutura tridimensional, alcançando alto volume ativo (alta capacidade) e grande corrente. Eles demonstraram eletrodos de bateria que podem carregar ou descarregar em alguns segundos, 10 a 100 vezes mais rápido do que eletrodos em massa equivalentes, ainda pode funcionar normalmente em dispositivos existentes.

p Esse tipo de desempenho pode levar a telefones que carregam em segundos ou laptops que carregam em minutos, bem como lasers e desfibriladores de alta potência que não precisam de tempo para ligar antes ou entre os pulsos.

p Braun é particularmente otimista quanto ao potencial das baterias em veículos elétricos. A duração da bateria e o tempo de recarga são as principais limitações dos veículos elétricos. As viagens rodoviárias de longa distância podem ser sua própria forma de dirigir e parar se a bateria durar apenas 160 quilômetros e depois precisar de uma hora para recarregar.

p "Se você tivesse a capacidade de carregar rapidamente, em vez de levar horas para carregar o veículo, você poderia ter veículos que carregariam em horários semelhantes aos necessários para reabastecer um carro com gasolina, "Braun disse." Se você tivesse capacidade de carga de cinco minutos, você pensaria nisso da mesma forma que faria com um motor de combustão interna. Você simplesmente estacionaria em uma estação de carregamento e encheria. "

p Todos os processos usados ​​pelo grupo também são usados ​​em larga escala na indústria, de modo que a técnica pode ser ampliada para a fabricação.

p A chave para a nova estrutura 3-D do grupo é a automontagem. Eles começam revestindo uma superfície com pequenas esferas, embalando-os bem juntos para formar uma rede. Tentar criar uma rede uniforme por outros meios é demorado e impraticável, mas as esferas baratas se acomodam no lugar
automaticamente.

p Em seguida, os pesquisadores preenchem o espaço entre e ao redor das esferas com metal. As esferas são derretidas ou dissolvidas, deixando um andaime de metal 3-D poroso, como uma esponja. Próximo, um processo chamado eletropolimento desgasta uniformemente a superfície do andaime para aumentar os poros e fazer uma estrutura aberta. Finalmente, os pesquisadores revestem a moldura com uma película fina do material ativo.

p O resultado é uma estrutura de eletrodo bicontínua com pequenas interconexões, assim, os íons de lítio podem se mover rapidamente; um material ativo de película fina, portanto, a cinética de difusão é rápida; e uma estrutura metálica com boa condutividade elétrica.

p O grupo demonstrou baterias de NiMH e Li-ion, mas a estrutura é geral, portanto, qualquer material de bateria que possa ser depositado na estrutura de metal pode ser usado.

p "Gostamos que seja muito universal, então, se alguém vier com uma química de bateria melhor, este conceito se aplica, "disse Braun, que também é afiliado ao Laboratório de Pesquisa de Materiais e ao Instituto Beckman de Ciência e Tecnologia Avançada em Illinois. "Isso não está ligado a um tipo muito específico de bateria, mas sim é um novo paradigma em pensar sobre uma bateria em três dimensões para melhorar as propriedades. "