p (Phys.org) —O mundo das baterias recarregáveis ​​está cheio de vantagens e desvantagens. Embora as baterias de íon-lítio (Li-ion) sejam atualmente as de maior sucesso comercial, sua baixa densidade de energia não permite um longo alcance de condução. Eles também são muito caros, muitas vezes representando metade do preço dos veículos elétricos. Uma alternativa são as baterias de lítio-enxofre (Li-S), que são atraentes por sua alta densidade de energia gravimétrica que lhes permite armazenar mais energia do que as baterias de íons de lítio. E embora ainda usem um pouco de lítio, o componente de enxofre permite que sejam muito mais baratos do que as baterias de íon-lítio. Mas uma das maiores desvantagens das baterias Li-S é o seu ciclo de vida curto, o que faz com que percam muito de sua capacidade toda vez que são recarregados. p Agora, uma equipe de pesquisadores liderada por Yi Cui, professor de ciência de materiais e engenharia na Universidade de Stanford, desenvolveu uma bateria Li-S que pode reter mais de 80% de sua capacidade de 1180 mAh / g em 300 ciclos, com o potencial de retenção de capacidade semelhante ao longo de milhares de ciclos. Em contraste, a maioria das baterias de Li-S perde muito de sua capacidade após algumas dezenas de ciclos.

p Para alcançar essa melhoria, os pesquisadores primeiro identificaram um novo mecanismo que causa deterioração da capacidade das baterias de Li-S após o ciclo. Para que uma bateria Li-S seja recarregada com sucesso, o sulfeto de lítio no cátodo deve ser ligado à superfície do cátodo - neste caso, a superfície interna da nanofibra de carbono oca que a encapsula. Essa ligação cria um bom contato elétrico para permitir o fluxo de carga. Mas os pesquisadores descobriram que, durante o processo de alta, o sulfeto de lítio se desprende do carbono, resultando em uma perda de contato elétrico que impede a bateria de recarregar totalmente.

p Até agora, tem sido muito desafiador estudar o cátodo de enxofre em nanoescala devido à sensibilidade do composto de enxofre ao ar e à umidade, bem como sua tendência a sublimar sob o vácuo. Mas a estrutura oca de nanofibra de carbono do ânodo - que os pesquisadores desenvolveram em um estudo anterior - protege o enxofre, o que permitiu aos pesquisadores visualizar o cátodo usando um microscópio eletrônico de transmissão (TEM) sem danificar significativamente a amostra.

p Depois de identificar o problema, os pesquisadores começaram a consertá-lo adicionando polímeros à superfície da nanofibra de carbono para modificar a interface carbono-enxofre. Os polímeros são anfifílicos, o que significa que são hidrofílicos (amantes da água) e lipofílicos (amantes da gordura), semelhante ao sabão. Essa propriedade dá aos polímeros pontos de ancoragem que permitem que os sulfetos de lítio se liguem fortemente à superfície de carbono para manter fortes contatos elétricos.

p Como os experimentos mostraram, cátodos de enxofre contendo os polímeros anfifílicos tiveram um desempenho muito estável, com menos de 3% de degradação da capacidade ao longo dos primeiros 100 ciclos, e menos de 20% decai por mais de 300 ciclos.

p Embora a melhoria seja um grande passo à frente, a retenção de capacidade ainda não se compara às baterias de íon-lítio, alguns dos quais têm expectativa de vida próxima de 10, 000 ciclos. Para evitar ter que substituir a bateria a cada poucos anos, os veículos elétricos requerem essa expectativa de vida mais longa. Mas Cui diz que as baterias de Li-S têm potencial para fechar essa lacuna em um futuro próximo.

p "Usando a ideia do polímero anfifílico aqui neste artigo, junto com o design e síntese de materiais em nanoescala, é possível melhorar o ciclo de vida em até 10, 000 ciclos, "Cui disse Phys.org . "Meu grupo está trabalhando nisso. Nossos resultados recentes no design de nanomateriais já melhoraram para 1000 ciclos."

p No futuro, Cui acha que as baterias de Li-S darão às baterias de íons de lítio uma competição séria.

p "As baterias Li-S se tornaram muito promissoras para veículos elétricos, "disse ele." O ciclo de vida precisa melhorar ainda mais. O problema de segurança dos ânodos de metal de lítio precisa ser resolvido. É possível contornar os ânodos de metal de Li com ânodos de Si. " p Copyright 2013 Phys.org
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