p (PhysOrg.com) - Ao sintetizar materiais especializados para baterias com muita energia, o problema é o modelo. O padrão para a automontagem das esferas de tamanho nanométrico altamente desejadas se desfaz, produzindo aglomerados irregulares de óxido de metal. Cientistas do Pacific Northwest National Laboratory determinaram como manter o modelo intacto. A resposta é tão simples quanto adicionar sal ao processo. p Os veículos elétricos e a rede elétrica do país se beneficiariam de uma alta densidade energética, baterias de longa duração. Os veículos elétricos podem percorrer distâncias maiores entre cargas. A rede elétrica poderia aproveitar a energia eólica e solar armazenadas. Essas baterias requerem novos materiais com recursos específicos de tamanho nanométrico. Infelizmente, projetar esses materiais foi um processo de tentativa e erro. Os cientistas preferem criar modelos, misturar reagentes, e permitir que os materiais se montem. O problema é que os modelos não duram. Com as respostas deste estudo, os cientistas podem fabricar partículas idênticas que são então montadas em eletrodos de bateria.

p "Esta pesquisa fornece respostas fundamentais necessárias para produzir alta qualidade, materiais bem definidos que funcionarão como eletrodos em baterias de íon-lítio e baterias de lítio-ar de última geração, "disse a Dra. Maria Sushko, um cientista de materiais PNNL que trabalhou no estudo com o Dr. Jun Liu.

p Baseando-se em pesquisas experimentais, os pesquisadores do PNNL conduziram uma análise teórica sobre a estabilidade do molde para a automontagem de nanopartículas de dióxido de titânio e outros óxidos de metal. A análise foi uma teoria funcional de densidade clássica, ou cDFT, estude.

p A equipe examinou o modelo, que consiste em duas partes. Primeiro, a base é uma camada bem definida, grafeno condutor. A segunda parte é um surfactante. O surfactante é uma molécula definida por sua química "cabeça" e "cauda". A cabeça da molécula é hidrofóbica ou "temerosa de água" e se liga ao grafeno. A cauda é hidrofílica e interage com a solução que contém os ingredientes para formar as partículas de óxido de metal desejadas. O surfactante forma pequenos montículos no grafeno que atuam como um molde para a formação das nanopartículas.

p "Mas, a menos que os surfactantes formem uma estrutura estável, tudo o que você está construindo desmorona, "disse Sushko.

p Os cientistas descobriram que a chave para a estabilidade do modelo era a introdução de um sal, especificamente cátions duplamente carregados e ânions carregados individualmente, na mistura. Então, a equipe usou esse resultado para prever como as nanopartículas de dióxido de titânio crescem no modelo. Eles descobriram que as partículas crescem entre os mergulhos nos modelos hemicilíndricos. Contudo, se as partículas superam as fendas, o modelo muda de montes para um liso, superfície semelhante a grama. Então, as partículas crescem de forma inconsistente, coalescendo em aglomerados maiores.

p “Se usarmos os resultados deste artigo [publicado no Journal of Physical Chemistry B ], podemos cultivar nanopartículas na matéria confinada para criar maiores, nanopartículas de óxidos de metal de tamanho uniforme, como o dióxido de titânio, que é muito importante para criar os materiais necessários para os eletrodos das baterias, "disse Sushko.

p O que vem a seguir:A equipe está trabalhando em um estudo baseado em experimentos para desenvolver uma compreensão completa dos processos de automontagem e nucleação envolvidos na construção de materiais nanocompósitos. Este próximo estudo e outros semelhantes são necessários para desvendar os mistérios da automontagem e permitir que os cientistas controlem a síntese de materiais.