p (Phys.org) —O grafeno já demonstrou ser útil em baterias de íon-lítio, apesar do fato de que o grafeno usado frequentemente contém defeitos. Fabricação em grande escala de grafeno quimicamente puro, estruturalmente uniforme, e o tamanho ajustável para aplicações de bateria permaneceu indefinido até agora. Agora em um novo estudo, os cientistas desenvolveram um método para fabricar grafeno livre de defeitos (df-G) sem qualquer vestígio de dano estrutural. Envolvendo uma grande folha de df-G com carga negativa em torno de um Co com carga positiva ₃ O ₄ cria um ânodo muito promissor para baterias de íon-lítio de alto desempenho. p Os grupos de pesquisa do Professor Junk-Ki Park e do Professor Hee-Tak Kim do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST) e o grupo de pesquisa do Professor Yong-Min Lee da Hanbat National University, tudo em Daejeon, Coreia do Sul, publicaram seu artigo sobre o novo método de fabricação em uma edição recente da Nano Letras .

p Como explicam os pesquisadores, os métodos atuais para fabricar grafeno de alta qualidade se enquadram em duas categorias:abordagens mecânicas e abordagens químicas. Embora a clivagem mecânica forneça grafeno de alta qualidade, seu baixo rendimento o torna insuficiente para a produção em grande escala. Abordagens químicas, por outro lado, pode produzir grandes quantidades, mas pode envolver imperfeições.

p O novo método difere de ambos os tipos de métodos e envolve algumas etapas principais. Primeiro, os pesquisadores encheram um tubo de Pyrex com pó de grafite, e, em seguida, coloque o tubo aberto dentro de um tubo ligeiramente maior. Em seguida, eles adicionaram potássio à lacuna inferior entre os dois tubos, selou os tubos, e aqueceu-os. O calor faz com que o potássio fundido se mova dentro dos microporos entre os pós de grafite, de modo que as moléculas de potássio se tornam intercaladas nas camadas intermediárias de grafite. Os compostos de grafite de potássio resultantes foram então colocados em uma solução de piridina, o que faz com que as camadas se expandam uma da outra para formar nanofolhas de grafeno que mais tarde poderiam ser resfriadas e esfoliadas uma camada de cada vez.

p Os pesquisadores realizaram muitos conjuntos de experimentos em que variaram fatores como as temperaturas e o tipo de solução, que são essenciais para controlar a qualidade e o tamanho do df-G. Eles descobriram que, controlando a temperatura da etapa de esfoliação, o tamanho do df-G pode ser variado entre 0,25 a 14,0 µm ² .

p Os pesquisadores demonstraram que envolver uma folha de grande porte com carga negativa de df-G em torno de um pedaço de Co com carga positiva ₃ O ₄ cria um ânodo com várias características impressionantes. O mais significativo é sua alta capacidade após muitos ciclos (1050 mAh / g a 500 mA / ge 900 mAh / g a 1000 mAh / g mesmo após 200 ciclos). No melhor conhecimento dos pesquisadores, esta capacidade reversível é a maior entre todas as Co ₃ O ₄ eletrodos já relatados.

p Os pesquisadores explicam que o df-G de grande porte, com sua cristalinidade perfeita, melhora o desempenho do ânodo porque quando uma única folha de grafeno é enrolada em um feixe de Co ₃ O ₄ partículas, o Co ₃ O ₄ as partículas são impedidas de serem pulverizadas e, em seguida, se separarem eletricamente do ânodo, que de outra forma ocorreria. Por causa desse efeito protetor, a capacidade do ânodo é preservada mesmo após 200 ciclos, enquanto os ânodos com uma camada de grafeno imperfeita diminuem rapidamente com o ciclo. O grande tamanho do grafeno desempenha um papel fundamental no desempenho porque um tamanho maior fornece uma maior estabilidade de ciclo dos materiais de ânodo nanométrico, melhorando sua integridade mecânica.

p Com essas vantagens, os pesquisadores esperam que o df-G traga avanços significativos de eletrodos compostos para uma variedade de sistemas eletroquímicos, incluindo baterias, células de combustível, e capacitores. p © 2014 Phys.org