Recentemente, pesquisadores da Universidade Tsinghua, A China propôs um ânodo de metal de lítio nanoestruturado à base de grafeno para baterias de metal de lítio para inibir o crescimento de dendritos e melhorar o desempenho eletroquímico. Eles relatam suas descobertas em Materiais avançados , publicado em 16 de março, 2016
"As baterias de íon-lítio amplamente utilizadas não podem satisfazer a necessidade crescente de sistemas de armazenamento de energia em eletrônicos portáteis e veículos elétricos. Novas baterias de ânodo de metal de lítio, como baterias Li-S e Li-air, são muito procurados. O metal de lítio fornece uma capacidade específica teórica extremamente alta, que é quase 10 vezes mais energia do que o grafite, "disse o Prof. Qiang Zhang, no Departamento de Engenharia Química, Universidade de Tsinghua. "Contudo, as aplicações práticas dos metais de lítio são fortemente impedidas pelo crescimento de dendritos de lítio em ciclos contínuos. Isso induz preocupações de segurança. Os dendritos de lítio podem causar curtos-circuitos internos resultando em incêndio. Além disso, a formação de dendritos de lítio induz uma eficiência de ciclo muito baixa. "O crescimento de dendritos e a interfase de eletrólito sólido instável consomem grande quantidade de lítio e eletrólito, e, portanto, levando a perdas irreversíveis de capacidade da bateria. Consequentemente, inibir o crescimento dos dendritos é altamente esperado.
Muitas abordagens têm sido propostas para retardar o crescimento de dendritos por meio de modificação eletrolítica, camadas de interfase de eletrólito sólido artificial, construção do eletrodo, e outros. “Percebemos que ao diminuir fortemente a densidade de corrente local, O crescimento do dendrito de lítio pode ser inibido de forma eficiente. Com base neste conceito, empregamos grafeno não empilhado com uma área de superfície específica ultra-alta para construir um ânodo nanoestruturado. E acabou sendo uma ideia muito eficiente, "disse Rui Zhang, um Ph.D. aluno e o primeiro autor. "Além disso, empregamos o eletrólito de sal duplo para adquirir interfase de eletrólito sólido mais estável e flexível, que pode proteger o metal de lítio de novas reações com eletrólito. "
Este ânodo baseado em grafeno ofereceu uma grande melhoria, incluindo (1) densidade de corrente local ultrabaixa na superfície do ânodo de grafeno (um décimo milésimo daquela em ânodos baseados em folha de Cu de rotina) induzida pela grande área de superfície específica de 1666 m 2 g -1 , que inibiu o crescimento de dendritos e trouxe morfologia de deposição de lítio uniforme; (2) alta capacidade de ciclo estável de 4,0 mAh mg -1 induzido pelo alto volume de poro (1,65 cm 3 g -1 ) de grafeno não empilhado, mais de 10 vezes do ânodo de grafite em baterias de íon-lítio (0,372 mAh mg -1 ); (3) alta condutividade elétrica (435 S cm -1 ), levando a baixa impedância de interface, desempenho estável de carga / descarga, e altas eficiências de ciclagem.
"Esperamos que nossa pesquisa possa apontar uma nova estratégia para lidar com o desafio dos dendritos em ânodos de metal de lítio. A densidade de corrente local ultrabaixa induzida por ânodos nanoestruturados condutores com alta área de superfície específica pode ajudar a melhorar a estabilidade e o desempenho eletroquímico de ânodos de metal de lítio , "disse Xin-Bing Cheng, um co-autor do trabalho. Pesquisas futuras são necessárias para projetar estruturas anódicas preferíveis e para produzir camadas de interfase de eletrólito sólido mais protetoras. Os pesquisadores também pedem um estudo adicional do comportamento de difusão de íons de lítio e elétrons no processo de deposição e remoção de lítio para avançar nas aplicações comerciais de ânodos de metal de lítio.
