p (Phys.org) - Por mais de uma década, os cientistas tentaram melhorar as baterias à base de lítio substituindo o grafite em um terminal por silício, que pode armazenar 10 vezes mais carga. Mas depois de apenas alguns ciclos de carga / descarga, a estrutura de silício iria rachar e desmoronar, tornando a bateria inútil. p Agora, uma equipe liderada pelo cientista de materiais Yi Cui de Stanford e SLAC encontrou uma solução:uma nanoestrutura de parede dupla habilmente projetada que dura mais de 6, 000 ciclos, muito mais do que o necessário para veículos elétricos ou eletrônicos móveis.

p “Este é um desenvolvimento muito empolgante em direção ao nosso objetivo de criar empresas menores, baterias mais leves e duradouras do que as disponíveis hoje, ”Disse Cui. Os resultados foram publicados 25 de março em Nature Nanotechnology .

p As baterias de íon-lítio são amplamente utilizadas para alimentar dispositivos de veículos elétricos a eletrônicos portáteis porque podem armazenar uma quantidade relativamente grande de energia em um pacote relativamente leve. A bateria funciona controlando o fluxo de íons de lítio através de um eletrólito fluido entre seus dois terminais, chamado de ânodo e cátodo.

p A promessa - e o perigo - de usar silício como ânodo nessas baterias vem da maneira como os íons de lítio se ligam ao ânodo durante o ciclo de carga. Até quatro íons de lítio se ligam a cada um dos átomos em um ânodo de silício - em comparação com apenas um para cada seis átomos de carbono no ânodo de grafite de hoje - o que permite armazenar muito mais carga.

p Contudo, também aumenta o ânodo até quatro vezes o seu volume inicial. Além do mais, algum do eletrólito reage com o silício, revestindo-o e inibindo o carregamento adicional. Quando o lítio flui para fora do ânodo durante a descarga, o ânodo encolhe de volta ao seu tamanho original e o revestimento racha, expor silício novo ao eletrólito.

p Em apenas alguns ciclos, a tensão de expansão e contração, combinado com o ataque eletrolítico, destrói o ânodo por meio de um processo chamado "decrepitação".

p Nos últimos cinco anos, O grupo de Cui melhorou progressivamente a durabilidade dos ânodos de silício, tornando-os de nanofios e, em seguida, de nanopartículas de silício ocas. Seu projeto mais recente consiste em um nanotubo de silício de parede dupla revestido com uma fina camada de óxido de silício, um material cerâmico muito resistente.

p Esta forte camada externa impede que a parede externa do nanotubo se expanda, então ele permanece intacto. Em vez de, o silício incha inofensivamente no interior oco, que também é muito pequeno para que as moléculas de eletrólito entrem. Após o primeiro ciclo de carregamento, ele opera por mais de 6, 000 ciclos com 85 por cento da capacidade restante.

p Cui disse que pesquisas futuras têm como objetivo simplificar o processo de fabricação de nanotubos de silício de parede dupla. Outros em seu grupo estão desenvolvendo novos cátodos de alto desempenho para combinar com o novo ânodo para formar uma bateria com cinco vezes o desempenho da tecnologia de íon de lítio atual.

p Em 2008, Cui fundou uma empresa, Amprius, que licenciou os direitos das patentes de Stanford para sua tecnologia de ânodo de nanofio de silício. Seu objetivo a curto prazo é produzir uma bateria com o dobro da densidade de energia das baterias de íon-lítio atuais.