Carros movidos a bateria oferecem muitos benefícios ambientais, mas um carro com o tanque cheio de gasolina pode viajar mais longe. Ao melhorar a capacidade de energia das baterias de íon de lítio, um novo eletrodo feito de nanopartículas de óxido de ferro poderia ajudar os veículos elétricos a cobrir distâncias maiores.

Desenvolvido por Zhaolin Liu do Instituto A * STAR de Pesquisa e Engenharia de Materiais, Cingapura, e Aishui Yu da Universidade Fudan, China, e colegas de trabalho, o material do eletrodo é barato, adequado para fabricação em grande escala e pode armazenar densidades de carga mais altas do que os eletrodos convencionais usados ​​em baterias de íon-lítio.

Essas baterias armazenam e liberam energia transportando íons de lítio entre dois eletrodos conectados em um circuito. Durante o carregamento, íons de lítio escapam do cátodo, que é feito de materiais como óxido de lítio-cobalto. Os íons migram através de um eletrólito líquido e para o ânodo, que geralmente é feito de grafite crivado de minúsculos poros. Quando a bateria descarrega, o processo funciona ao contrário, gerar uma corrente elétrica entre os eletrodos.

Os óxidos de ferro têm uma capacidade de carga muito maior do que a grafite, mas o processo é lento. Forçar íons de lítio no material também altera seu volume, destruindo o ânodo após apenas alguns ciclos de carregamento.

Liu, Yu e a equipe concluíram que um ânodo feito de nanopartículas de óxido de ferro carregaria mais rapidamente, porque seus poros dariam acesso imediato aos íons de lítio. Os poros também podem permitir que a estrutura do material mude conforme os íons se acumulam no interior.

Os pesquisadores fizeram partículas de 5 nanômetros de um óxido de ferro conhecido como α-Fe ₂ O ₃ , simplesmente aquecendo nitrato de ferro em água. Eles misturaram as partículas com uma poeira chamada negro de fumo, uniu-os com fluoreto de polivinilideno e cobriu a mistura com uma folha de cobre para fazer seus ânodos.

Durante a primeira rodada de carga e descarga, os ânodos mostraram uma eficiência de 75-78%, dependendo da densidade de corrente usada. Depois de mais dez ciclos, Contudo, a eficiência melhorou para 98%, quase tão alto quanto as baterias comerciais de íon de lítio. Pesquisas por outras equipes sugerem que durante os primeiros ciclos, as nanopartículas de óxido de ferro são quebradas até atingirem um tamanho ideal.

Após 230 ciclos, a eficiência do ânodo permaneceu em 97%, com capacidade para 1, 009 miliamperes horas por grama (mA h g ^-1 ) —Quase três vezes maior do que os ânodos de grafite comerciais. O material não apresentou nenhum dos problemas de degradação que afetaram outros ânodos de óxido de ferro.

A equipe agora está trabalhando para otimizar a síntese de nanopartículas e aumentar a eficiência dos ciclos iniciais de carregamento do ânodo.