Esta é uma bateria de fosfato de ferro-lítio criada no laboratório Kisailus. Crédito:UC Riverside
As baterias que alimentam carros elétricos apresentam problemas. Eles demoram muito para carregar. A carga não dura o suficiente para percorrer longas distâncias. Eles não permitem que os motoristas acelerem rapidamente. Eles são grandes e volumosos.
Pesquisadores da Universidade da Califórnia, A Bourns College of Engineering da Riverside redesenhou os materiais componentes da bateria de uma forma ecologicamente correta para resolver alguns desses problemas. Ao criar nanopartículas com uma forma controlada, eles acreditam que é menor, baterias mais potentes e eficientes em termos de energia podem ser construídas.
"Este é um ponto crítico, passo fundamental para melhorar a eficiência dessas baterias, "disse David Kisailus, professor associado de engenharia química e ambiental e pesquisador líder do projeto.
Além de carros elétricos, as baterias redesenhadas podem ser usadas para armazenamento de energia municipal, incluindo a energia gerada pelo sol e vento.
As descobertas iniciais são descritas em um artigo recém-publicado chamado "Solvothermal Synthesis, Desenvolvimento e desempenho de nanoestruturas LiFePO4 "no jornal Crescimento e Design de Cristais .
Kisailus, que também é professor dotado de inovação energética Winston Chung, e Jianxin Zhu, um Ph.D. estudante trabalhando com Kisailus, foram os principais autores do artigo. Outros autores foram:Joseph Fiore, Dongsheng Li, Nichola Kinsinger e Qianqian Wang, todos os quais trabalharam anteriormente com Kisailus; Elaine DiMasi, do Laboratório Nacional de Brookhaven; e Juchen Guo, professor assistente de engenharia química e ambiental na UC Riverside.
Os pesquisadores do Laboratório de Biomiméticos e Materiais Nanoestruturados de Kisailus se empenharam para melhorar a eficiência das baterias de íon-lítio, visando um dos componentes materiais da bateria, o cátodo.
David Kisailus e Jianxin Zhu estão entre um computador onde fazem testes de bateria. Crédito:UC Riverside
Fosfato de lítio e ferro (LiFePO4), um tipo de cátodo, tem sido usado em veículos elétricos devido ao seu baixo custo, baixa toxicidade e estabilidade térmica e química. Contudo, seu potencial comercial é limitado porque tem baixa condutividade eletrônica e os íons de lítio não são muito móveis dentro dele.
Vários métodos sintéticos têm sido utilizados para superar essas deficiências, controlando o crescimento de partículas. Aqui, Kisailus e sua equipe usaram um método sintético solvotérmico, essencialmente colocar reagentes em um recipiente e aquecê-los sob pressão, como uma panela de pressão.
Kisailus, Zhu e sua equipe usaram uma mistura de solventes para controlar o tamanho, forma e cristalinidade das partículas e, em seguida, monitorou cuidadosamente como o fosfato de ferro lítio foi formado. Fazendo isso, eles foram capazes de determinar a relação entre as nanoestruturas que formaram e seu desempenho em baterias.
Ao controlar o tamanho dos nanocristais, que eram normalmente 5, 000 vezes menor que a espessura de um cabelo humano, dentro de partículas controladas de forma de LiFePO4, A equipe de Kisailus mostrou que baterias com mais potência sob demanda podem ser geradas.
Essas partículas moduladas de tamanho e forma oferecem uma fração mais alta de pontos de inserção e comprimentos de caminho reduzidos para o transporte de íons de lítio, melhorando assim as taxas de bateria. Kisailus e sua equipe estão refinando este processo não apenas para melhorar ainda mais o desempenho e reduzir custos, mas também implementa escalabilidade.
