p A frustração levou à revelação quando os cientistas da Rice University determinaram como o grafeno pode ser útil para baterias de alta capacidade. p Cálculos do laboratório de Rice do físico teórico Boris Yakobson descobriram que um ânodo de grafeno / boro deve ser capaz de reter uma grande quantidade de lítio e funcionar com uma voltagem adequada para uso em baterias de íon-lítio. A descoberta aparece no American Chemical Society's Journal of Physical Chemistry Letters .

p As possibilidades oferecidas pelo grafeno ficam mais claras a cada dia, à medida que laboratórios ao redor do mundo crescem e testam a forma de carbono com um átomo de espessura. Porque é o mais fino possível, os fabricantes de baterias esperam aproveitar a enorme área de superfície do grafeno para armazenar íons de lítio. Contando os dois lados do material, um grama cobriria 2, 630 metros quadrados, ou quase meio campo de futebol.

p Mas há um problema. Os íons não aderem muito bem ao grafeno.

p "Como sempre acontece com o grafeno, as pessoas exageraram como seria maravilhoso absorver o lítio, "disse Yakobson, cujo grupo analisa as relações entre os átomos com base em sua energia intrínseca. "Mas em experimentos, eles não podiam ver isso, e eles ficaram frustrados. "

p Cientistas do Honda Research Institute, que estão interessados ​​em baterias potentes para carros elétricos, pediu a Yakobson para ver a situação. "Analisamos a capacidade teórica de uma folha ideal de grafeno, e então como ele poderia ou não se beneficiar da curvatura (em um nanotubo) ou defeitos topológicos. Nossa expectativa inicial era que isso melhorasse a ligação do lítio.

p "Mas a teoria não mostrou nenhuma melhora significativa, "disse ele." Fiquei desapontado, mas os experimentalistas ficaram satisfeitos porque agora suas observações faziam sentido. "

p Cálculos envolvendo grafeno com defeitos, em que a matriz de favo de mel é interrompida por polígonos de cinco e sete átomos, não se saiu melhor. "Então, decidimos explorar defeitos de diferentes tipos, onde substituímos alguns átomos de carbono por outro elemento que cria locais mais atraentes para o lítio, "disse ele." E o boro é um deles. "

p Um composto de carbono / boro no qual um quarto dos átomos de carbono são substituídos por boro acabou sendo quase ideal como uma forma de ativar a capacidade do grafeno de armazenar lítio, Yakobson disse. O boro atrai íons de lítio para a matriz, mas não com tanta força que não possam ser puxados de um ânodo de carbono / boro por um cátodo mais atraente.

p "Ter boro na rede dá uma ligação muito boa, então a capacidade é boa o suficiente, duas vezes maior que o grafite, "o eletrodo mais comumente usado em baterias comerciais de íon-lítio, ele disse. "Ao mesmo tempo, a voltagem também está certa. "

p Yakobson e o estudante de graduação de Rice, Yuanyue Liu, primeiro autor do artigo, calculou que uma folha totalmente litiada de grafeno / boro bidimensional teria uma capacidade de 714 miliamperes / hora por grama. Isso se traduz em uma densidade de energia de 2, 120 watts-hora por quilograma, muito maior do que o grafite, quando emparelhado com um cátodo de óxido de cobalto de lítio comercial. Eles também determinaram que o material não se expandiria ou contraia radicalmente à medida que carrega e descarrega.

p "Nesse caso, parece bastante razoável e excede - teoricamente, pelo menos, o que está disponível agora, "Yakobson disse.

p Um passo importante será encontrar uma maneira de sintetizar o composto carbono / boro em grandes quantidades. "Existe sim, mas não está disponível comercialmente, " ele disse.