(Phys.org) - Quando Ovadia Lev, Professor de Química Ambiental e Saúde na Universidade Hebraica de Jerusalém, e sua equipe de pesquisa desenvolveu uma nova tecnologia de revestimento há alguns anos, eles pensaram que era um resultado interessante de suas pesquisas em soluções de peróxido de hidrogênio. Contudo, eles não tinham certeza do que fazer com isso até que encontraram uma equipe de pesquisadores em busca de uma maneira simples de sintetizar novos materiais de ânodo de bateria de íon de lítio, tais como compostos de óxido de grafeno-estanho.

"Há vários anos, meu laboratório, em colaboração com meu ex-aluno de pós-doutorado e atual parceiro de pesquisa, Dr. Petr Prikhodchenko, tem pesquisado a química sol-gel em soluções ricas em peróxido de hidrogênio, "Lev disse Phys.org . “Um dos resultados dessa pesquisa foi uma tecnologia para revestir particulados por pontos nanométricos de óxido de metal. Começamos a procurar uma aplicação de demonstração atraente que trouxesse à luz as vantagens de nosso procedimento de revestimento. De certa forma, tínhamos um remédio e procurávamos uma doença adequada.

"Então, meu laboratório envolveu-se em uma colaboração entre Israel e Cingapura com o apoio da Fundação Nacional de Pesquisa de Cingapura no âmbito do programa CREATE:Nanomaterials for Energy and Water Management, e nossos parceiros de Cingapura logo perceberam que os ânodos de bateria de íon-lítio podem se beneficiar muito da flexibilidade e simplicidade de nossa abordagem de revestimento de partículas. "

Os pesquisadores de baterias consideram o óxido de grafeno-estanho atraente como um material de ânodo em baterias de íon-lítio por três razões principais:tem uma alta capacidade de carga teórica, o grafeno tem alta condutividade, e os nanocristais de óxido de grafeno e de óxido de estanho estão em contato próximo.

O problema é que sintetizar esses compostos, que envolve o revestimento de uma camada ultrafina de nanocristais de óxido de estanho em uma folha de óxido de grafeno, anteriormente era caro, processo de alta temperatura. Mas, ao usar a nova tecnologia de revestimento, os pesquisadores descobriram que podiam sintetizar compostos de óxido de grafeno-estanho em temperatura ambiente, sem infraestrutura complicada, a um custo reduzido, e de uma forma amiga do ambiente.

Lev, Prikhodchenko, e seus co-autores, de instituições em Israel, Rússia, e Cingapura, publicaram seu estudo sobre o método de síntese aprimorado em uma edição recente da Nanotecnologia .

Como explicam os pesquisadores, a nova tecnologia de revestimento particulado usa peróxido de hidrogênio para induzir a formação e deposição de nanocristais de óxido de estanho no óxido de grafeno. Em um estudo anterior, os pesquisadores descobriram que o peróxido de hidrogênio promove a formação de um revestimento de óxido de estanho por meio de vários mecanismos químicos, como a promoção da ligação e a prevenção da agregação de partículas.

Usando esta técnica de revestimento, aqui, os pesquisadores alcançaram um tamanho médio de nanocristal de óxido de estanho de apenas 2,5 nm, que é significativamente menor do que o tamanho de 4 nm alcançado anteriormente. O tamanho pequeno diminui a deformação causada pela liga de lítio, o que, por sua vez, melhora o desempenho do ciclo de carga / descarga.

Para demonstrar o desempenho dos compostos em baterias, os pesquisadores usaram o óxido de grafeno-estanho para preparar dois tipos de ânodos de íon-lítio:óxido de grafeno com revestimento de óxido de estanho, e óxido de grafeno com um revestimento de óxido de estanho e estanho. Ambos os anodos exibiram uma alta capacidade (começando em cerca de 1500 mAhg ^-1 ) que excede a capacidade teórica prevista, embora tenha caído para cerca de 700 mAhg ^-1 após 90 ciclos. Ambos os anodos também exibiram uma capacidade de carga / descarga estável devido ao contato íntimo entre o grafeno condutor e os nanocristais de óxido de estanho muito pequenos. O compósito sem estanho exibiu uma capacidade de carga superior, mas estabilidade ligeiramente inferior após ciclos de carga / descarga prolongados em comparação com o compósito revestido com óxido de estanho e estanho, que os pesquisadores atribuem a uma diferença no tratamento térmico e não à diferença na composição.

Lev explicou como os ânodos de óxido de grafeno-estanho se encaixam no panorama da pesquisa atual de baterias de íon-lítio.

"As baterias de íon-lítio são desenvolvidas em várias direções paralelas, visando melhorias na capacidade de carregamento, densidade de energia específica, taxas de carga e descarga, vida da bateria e carga fraca, segurança da bateria, e acima de tudo o custo da bateria, que exige um processo de fabricação barato a partir de matérias-primas baratas, ", disse ele." Cada aplicação de baterias recarregáveis ​​deve ter uma função-alvo de otimização diferente, resultando em uma composição de célula diferente. Por exemplo, o desbotamento da carga é tolerado de forma diferente em brinquedos e smartphones, e as duas diferentes populações de consumidores estarão dispostas a pagar de forma diferente pela vida adicional da bateria.

"Nossa nova abordagem visa apenas dois desses aspectos:capacidade de carga superior, que é mais do dobro dos ânodos de grafite, e baixo custo, que se manifesta em matérias-primas baratas e processamento de química úmida. "

No futuro, os cientistas planejam expandir suas pesquisas para outras composições de eletrodos que podem se beneficiar do processamento sol-gel de peróxido de hidrogênio.

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