p (Phys.org) - Baterias mais potentes podem ajudar os carros elétricos a atingir um alcance consideravelmente maior e, portanto, um avanço no mercado. Um novo nanomaterial para baterias de íon de lítio desenvolvido nos laboratórios de químicos da ETH Zurich e da Empa poderia entrar em jogo aqui. p Eles fornecem energia para carros elétricos, bicicletas elétricas, Smartphones e laptops:hoje em dia, baterias recarregáveis ​​de íon de lítio são a mídia de armazenamento de escolha quando se trata de fornecer uma grande quantidade de energia em um espaço pequeno e leve. No mundo todo, os cientistas estão atualmente pesquisando uma nova geração dessas baterias com um desempenho aprimorado. Cientistas chefiados por Maksym Kovalenko do Laboratório de Química Inorgânica da ETH Zurich e Empa desenvolveram agora um nanomaterial que permite que uma quantidade consideravelmente maior de energia seja armazenada em baterias de íon de lítio.

p O nanomaterial é composto por minúsculos cristais de estanho, que devem ser implantados no pólo negativo das baterias (ânodo). Ao carregar as baterias, Os íons de lítio são absorvidos neste eletrodo; durante a descarga, eles são liberados novamente (veja o quadro). "Quanto mais íons de lítio os eletrodos podem absorver e liberar - melhor eles podem respirar, por assim dizer - quanto mais energia pode ser armazenada em uma bateria, "explica Kovalenko.

p Cristais uniformes

p O elemento estanho é ideal para isso:cada átomo de estanho pode absorver pelo menos quatro íons de lítio. Contudo, o desafio é lidar com a mudança de volume dos eletrodos de estanho:o cristal de estanho torna-se até três vezes maior se absorver muitos íons de lítio e encolhe novamente quando os libera de volta. Os cientistas, portanto, recorreram à nanotecnologia:eles produziram os menores nanocristais de estanho e incorporaram um grande número deles em um poroso, matriz de carbono permeável condutiva. Muito parecido com a forma como uma esponja pode sugar água e liberá-la novamente, um eletrodo construído desta forma pode absorver íons de lítio durante o carregamento e liberá-los ao descarregar. Se o eletrodo fosse feito de um bloco de estanho compacto, isso seria praticamente impossível.

p Durante o desenvolvimento do nanomaterial, surgiu a questão do tamanho ideal para os nanocristais, que também carrega o desafio de produzir cristais uniformes. "O truque aqui era separar as duas etapas básicas na formação dos cristais - a formação de um núcleo de cristal tão pequeno quanto possível, por um lado, e seu crescimento subsequente, por outro. "explica Kovalenko. Ao influenciar o tempo e a temperatura da fase de crescimento, os cientistas foram capazes de controlar o tamanho dos cristais. "Somos os primeiros a produzir esses pequenos cristais de estanho com tanta precisão, "diz o cientista.

p Maior estabilidade de ciclo

p Usando nanocristais de estanho uniformes, carbono e agentes de ligação, os cientistas produziram diferentes eletrodos de teste para baterias. "Isso permite que o dobro da energia seja armazenada em comparação com os eletrodos convencionais, "diz Kovalenko. O tamanho dos nanocristais não afetou a capacidade de armazenamento durante o ciclo inicial de carga e descarga. Após alguns ciclos de carga e descarga, Contudo, diferenças causadas pelo tamanho do cristal tornaram-se aparentes:baterias com cristais de dez nanômetros nos eletrodos eram capazes de armazenar consideravelmente mais energia do que baterias com o dobro do diâmetro. Os cientistas presumem que os cristais menores têm melhor desempenho porque podem absorver e liberar íons de lítio com mais eficácia. "Cristais de estanho de dez nanômetros, portanto, parecem ser apenas a passagem para baterias de íon de lítio, "diz Kovalenko.

p Como os cientistas agora sabem o tamanho ideal para os nanocristais de estanho, eles gostariam de voltar sua atenção para os desafios restantes da produção de eletrodos de estanho ideais em projetos de pesquisa futuros. Isso inclui a escolha da melhor matriz de carbono possível e agente de ligação para os eletrodos, e a estrutura microscópica ideal dos eletrodos. Além disso, um eletrólito líquido ideal e estável no qual os íons de lítio podem viajar para frente e para trás entre os dois pólos da bateria também precisa ser selecionado. Em última análise, os custos de produção também são um problema, que os pesquisadores estão procurando reduzir testando quais materiais de base econômicos são adequados para a produção de eletrodos. O objetivo é preparar baterias com maior capacidade de armazenamento de energia e maior vida útil para o mercado, inclusive em colaboração com um parceiro industrial suíço.