(Phys.org) - Um engenheiro da Kansas State University fez uma inovação em aplicações de baterias recarregáveis.

Gurpreet Singh, professor assistente de engenharia mecânica e nuclear, e seus alunos pesquisadores são os primeiros a demonstrar que um papel composto - feito de dissulfeto de molibdênio intercalado e nanofolhas de grafeno - pode ser um material ativo para armazenar átomos de sódio de forma eficiente e um coletor de corrente flexível. O papel composto recentemente desenvolvido pode ser usado como um eletrodo negativo em baterias de íon de sódio.

"A maioria dos eletrodos negativos para baterias de íon de sódio usa materiais que sofrem uma reação de 'liga' com o sódio, "Singh disse." Esses materiais podem inchar de 400 a 500 por cento à medida que a bateria é carregada e descarregada, o que pode resultar em danos mecânicos e perda de contato elétrico com o coletor de corrente. "

"Dissulfeto de molibdênio, o principal constituinte do eletrodo de papel, oferece um novo tipo de química com íons de sódio, que é uma combinação de intercalação e uma reação do tipo de conversão, "Singh disse." O eletrodo de papel oferece capacidade de carga estável de 230 mAh.g-1, em relação ao peso total do eletrodo. Avançar, a estrutura intercalada e porosa do eletrodo de papel oferece canais suaves para o sódio se difundir para dentro e para fora à medida que a célula é carregada e descarregada rapidamente. Este projeto também elimina os aglutinantes poliméricos e a folha de cobre do coletor de corrente usados ​​em um eletrodo de bateria tradicional. "

A pesquisa aparece na última edição da revista. ACS Nano no artigo "MoS2 / papel composto de grafeno para eletrodos de bateria de íon de sódio."

Nos últimos dois anos, os pesquisadores têm desenvolvido novos métodos para síntese rápida e econômica de materiais bidimensionais atomicamente finos - grafeno, molibdênio e dissulfeto de tungstênio - em quantidades de gramas, particularmente para aplicações de bateria recarregável.

Para as pesquisas mais recentes, os engenheiros criaram um papel composto de grande área que consistia em dissulfeto de molibdênio em camadas tratado com ácido e grafeno quimicamente modificado em uma estrutura intercalada. A pesquisa marca a primeira vez que um eletrodo de papel flexível foi usado em uma bateria de íon de sódio como um ânodo que opera em temperatura ambiente. A maioria das baterias comerciais de sódio-enxofre opera perto de 300 graus Celsius, Disse Singh.

Singh disse que a pesquisa é importante por dois motivos:

1. A síntese de grandes quantidades de materiais 2-D com uma ou poucas camadas de espessura é crucial para compreender o verdadeiro potencial comercial de materiais como dichalcogenetos de metais de transição, ou TMD, e grafeno.

2. Compreensão fundamental de como o sódio é armazenado em um material em camadas por meio de outros mecanismos além da intercalação convencional e da reação de liga. Além disso, usar grafeno como suporte flexível e coletor de corrente é crucial para eliminar a folha de cobre e tornar as baterias recarregáveis ​​mais leves e flexíveis. Em contraste com o lítio, os suprimentos de sódio são essencialmente ilimitados e espera-se que as baterias sejam muito mais baratas.

“Do ponto de vista da síntese, mostramos que certos dichalcogenetos de metais de transição podem ser esfoliados em ácidos fortes, "Disse Singh." Este método deve permitir a síntese de quantidades de gramas de folhas de dissulfeto de molibdênio com poucas camadas de espessura, que é muito importante para aplicações como baterias flexíveis, supercapacitores, e compósitos poliméricos. Para tais aplicações, Flocos de TMD com alguns átomos de espessura são suficientes. Flocos de camada única de alta qualidade não são uma necessidade. "

Os pesquisadores estão trabalhando para comercializar a tecnologia, com a ajuda do Instituto de Comercialização da universidade. Eles também estão explorando o armazenamento de lítio e sódio em outros nanomateriais.