p (Phys.org) - Pesquisadores da Rice University descobriram uma nova maneira de aumentar a eficiência da onipresente bateria de íons de lítio (LI), empregando fitas de grafeno que começam como nanotubos de carbono. p Ânodos de prova de conceito - a parte da bateria que armazena íons de lítio - construídos com nanofitas de grafeno (GNRs) e óxido de estanho mostraram uma capacidade inicial melhor do que a capacidade teórica de óxido de estanho sozinho, de acordo com o químico James Tour, da Rice. Após 50 ciclos de carga-descarga, as unidades de teste mantiveram uma capacidade que ainda era mais do que o dobro da grafite atualmente usada para anodos de bateria LI.

p A pesquisa apareceu esta semana no jornal American Chemical Society ACS Nano .

p Baterias melhores são muito desejadas por todos os que carregam um celular ou computador ou dirigem um carro elétrico. A equipe do Rice vê o potencial dos GNRs para contribuir com seu desenvolvimento.

p Tour e seus colegas desenvolveram um método para descompactar nanotubos em GNRs, revelado em uma reportagem de capa de 2009 na Nature. Desde então, os pesquisadores descobriram como fazer nanofitas de grafeno a granel e estão avançando em direção a aplicações comerciais. Uma área pronta para melhorias é a humilde bateria. Em um mundo cada vez mais móvel, a capacidade da bateria está se tornando um gargalo que geralmente limita os dispositivos a menos de um dia de uso.

p Nos novos experimentos, o laboratório Rice misturou nanofitas de grafeno e partículas de óxido de estanho com cerca de 10 nanômetros de largura em uma pasta com um aglutinante de goma de celulose e um pouco de água, espalhe-o em um coletor de corrente e envolva-o em uma bateria tipo botão. GNRs têm a espessura de um único átomo e milhares de vezes mais do que largura. Os GNRs não apenas separam e suportam o óxido de estanho, mas também ajudam a entregar íons de lítio às nanopartículas.

p Os testes de laboratório mostraram capacidades de carga inicial de mais de 1, 520 miliamperes horas por grama (mAh / g). Ao longo de ciclos repetidos de carga-descarga, o material assentou em um sólido de 825 mAh / g. "Demorou cerca de dois meses para passar por 50 ciclos, "disse o autor principal Jian Lin, um pesquisador de pós-doutorado na Rice, que acredita que poderia lidar com muitos mais sem perder capacidade significativa.

p GNRs também podem ajudar a superar a principal dificuldade com o desenvolvimento de baterias LI. Os íons de lítio tendem a expandir o material que habitam, e o material se contrai quando são retirados. Hora extra, materiais como silício, que mostra uma capacidade extraordinária de lítio, quebrar e perder sua capacidade de armazenar íons. Outros laboratórios da Rice fizeram descobertas que ajudam a resolver o problema de expansão ao quebrar o silício tratado em pó, alcançando grande capacidade e muitos ciclos.

p GNRs têm uma abordagem diferente, dando às baterias um grau de flexibilidade, Tour disse. "As nanofitas de grafeno são uma estrutura excelente que mantém as nanopartículas de óxido de estanho dispersas e evita que se fragmentem durante o ciclo, "disse ele." Uma vez que as partículas de óxido de estanho têm apenas alguns nanômetros de tamanho e podem permanecer assim ao serem dispersas em superfícies de GNR, as mudanças de volume nas nanopartículas não são dramáticas. GNRs também fornecem um peso leve, estrutura condutiva, com suas altas relações de aspecto e extrema magreza. "

p Os pesquisadores apontaram que o trabalho é um "ponto de partida para explorar os compósitos feitos de GNRs e outros óxidos de metal de transição para aplicações de armazenamento de lítio." Lin disse que o laboratório planeja construir baterias com outras nanopartículas metálicas para testar suas capacidades de ciclo e armazenamento.