p A chave para celulares melhores e outros eletrônicos recarregáveis ​​pode estar em minúsculos "sanduíches" feitos de nanofolhas, de acordo com pesquisa de engenharia mecânica da Kansas State University. p Gurpreet Singh, professor assistente de engenharia mecânica e nuclear, e sua equipe de pesquisa está melhorando as baterias recarregáveis ​​de íon-lítio. A equipe se concentrou no ciclo de lítio do dissulfeto de molibdênio, ou MoS2, lençóis, que Singh descreve como um "sanduíche" de um átomo de molibdênio entre dois átomos de enxofre.

p Na última pesquisa, a equipe descobriu que as folhas de dissulfeto de molibdênio envoltas em carbonitreto de silício apresentam estabilidade aprimorada como eletrodo de bateria com pouca capacidade de desvanecimento.

p As descobertas aparecem na revista Nature's Relatórios Científicos no artigo "Papel composto MoS2Composite Derivado de Cerâmica Derivada de Polímero como Eletrodo Estável de Bateria de Íons de Lítio." Outros pesquisadores da Kansas State University envolvidos incluem Lamuel David, estudante de doutorado em engenharia mecânica, Índia; Uriel Barrera, sênior em engenharia mecânica, Olathe; e Romil Bhandavat, 2013 doutorado em engenharia mecânica.

p Nesta última publicação, A equipe de Singh observou que as folhas de dissulfeto de molibdênio armazenam mais do que o dobro de lítio - ou carga - do que o dissulfeto de molibdênio em massa relatado em estudos anteriores. Os pesquisadores também descobriram que a alta capacidade de lítio dessas folhas não dura muito e cai após cinco ciclos de carga.

p "Este tipo de comportamento é semelhante a uma bateria do tipo lítio-enxofre, que usa enxofre como um de seus eletrodos, "Disse Singh." O enxofre é notoriamente famoso por formar polissulfetos intermediários que se dissolvem no eletrólito orgânico da bateria, o que leva ao enfraquecimento da capacidade. Acreditamos que a queda de capacidade observada nas folhas de dissulfeto de molibdênio também se deve à perda de enxofre no eletrólito. "

p Para reduzir a dissolução de produtos à base de enxofre no eletrólito, os pesquisadores envolveram as folhas de dissulfeto de molibdênio com algumas camadas de uma cerâmica chamada carbonitreto de silício, ou SiCN. A cerâmica é de alta temperatura, material vítreo preparado por aquecimento de polímeros à base de silício líquido e tem resistência química muito maior em relação ao eletrólito líquido, Disse Singh.

p "As folhas de dissulfeto de molibdênio envoltas em carbonitreto de silício mostram um ciclo estável de íons de lítio, independentemente de o eletrodo da bateria estar no método tradicional de folha de cobre ou como um papel flexível autossuportado como em baterias dobráveis, "Singh disse.

p Após as reações, a equipe de pesquisa também desmontou e observou as células sob o microscópio eletrônico, que forneceu evidências de que o carbonitreto de silício protegeu contra a degradação mecânica e química com eletrólito orgânico líquido.

p Singh e sua equipe agora querem entender melhor como as células de dissulfeto de molibdênio podem se comportar em um dispositivo eletrônico comum - como um telefone celular - que é recarregado centenas de vezes. Os pesquisadores continuarão a testar as células de dissulfeto de molibdênio durante os ciclos de recarga para ter mais dados para analisar e entender melhor como melhorar as baterias recarregáveis.

p Outra pesquisa da equipe de Singh pode ajudar a melhorar os revestimentos de alta temperatura para a indústria aeroespacial e de defesa. Os engenheiros estão desenvolvendo um material de revestimento para proteger os materiais do eletrodo contra condições adversas, como lâminas de turbinas e metais sujeitos a calor intenso.

p A pesquisa aparece no Journal of Physical Chemistry. Os pesquisadores mostraram que, quando as nanofolhas de carbonitreto de silício e nitreto de boro são combinadas, eles têm estabilidade de alta temperatura e melhor condutividade elétrica. Adicionalmente, essas nanofolhas de carbonitreto de silício / nitreto de boro são melhores eletrodos de bateria, Disse Singh.

p "Isso foi bastante surpreendente porque tanto o carbonitreto de silício quanto o nitreto de boro são isolantes e têm pouca capacidade reversível para íons de lítio, "Disse Singh." Uma análise posterior mostrou que a condutividade elétrica melhorou por causa da formação de uma rede de percolação de átomos de carbono conhecida como 'carbono livre' que está presente na fase cerâmica de carbonitreto de silício. Isso ocorre apenas quando as folhas de nitreto de boro são adicionadas ao precursor de carbonitreto de silício em sua fase polimérica líquida antes que a cura seja alcançada. "