p Um grupo de pesquisa liderado por Naoki Fukata, Líder do Grupo de Materiais Semicondutores Nanoestruturados no Centro Internacional de Nanoarquitetura de Materiais (MANA), Instituto Nacional de Ciência de Materiais (NIMS), Japão, e um grupo de pesquisa no Instituto de Tecnologia da Geórgia, NÓS, desenvolveram em conjunto um material de ânodo para baterias recarregáveis ​​de íons de lítio, formando nanopartículas feitas de compósitos de metal de silício (Si) em substratos de metal. O material anódico resultante tinha alta capacidade - quase o dobro dos materiais convencionais - e um ciclo de vida longo. Esses resultados levarão ao desenvolvimento de maior capacidade, materiais de ânodo de vida mais longa para baterias recarregáveis ​​de íon de lítio. p Atualmente, materiais à base de carbono são usados ​​como ânodos para baterias recarregáveis ​​de íons de lítio, e suas capacidades são de até 370 mAh / g. Em teoria, suas capacidades podem ser aumentadas em mais de 10 vezes para 4, 200 mAh / g, desde que o Si puro seja usado como material do ânodo. Contudo, Si puro é altamente expansível, três a quatro vezes por volume, durante o processo em que o íon de lítio é incorporado a ele. Devido a esta propriedade, materiais de ânodo de silício puro são propensos a rachar quando uma grande quantidade de tensão é aplicada a eles durante ciclos repetidos de carga-descarga, e, portanto, o uso de Si puro a granel como um material de ânodo encurta severamente o ciclo de vida da bateria. Consequentemente, Si puro não tinha sido usado até recentemente.

p Os grupos de pesquisa conjuntos formaram nanofios unidimensionais de germânio (Ge) em substratos de metal e, em seguida, criaram compósitos de metal de Si nanoestruturados usando os nanofios como camada de material de base. O material nanoestruturado formado é caracterizado por numerosas cavidades existentes dentro de nanopartículas agregadas de cerca de várias dezenas de nanômetros a cem nanômetros. Também existem cavidades maiores presentes entre os compósitos de metal de Si e as nanoestruturas de Ge (Fig. 1). Outra característica é que o material consiste não apenas em Si puro, mas também em átomos de metal (principalmente ferro) que são fornecidos espontaneamente do substrato por meio das nanoestruturas de Ge subjacentes e incorporados ao material de Si em crescimento, formando compósitos de metal de silício.

p Com base nas avaliações das propriedades de descarga de carga de amostras fabricadas, os grupos de pesquisa confirmaram que a capacidade do novo material do ânodo era cerca do dobro da capacidade dos materiais do ânodo atuais, e seu ciclo de vida também foi estendido em comparação aos materiais convencionais.

p O novo material é capaz de aumentar a capacidade e a vida útil dos ânodos das baterias recarregáveis ​​de íons de lítio. Os grupos de pesquisa alcançaram essas características criando cavidades internas no material, que atuam como espaço tampão para absorver o estresse gerado pela expansão do Si puro, e regulando a composição de Si e elementos metálicos na nanoestrutura à base de Si.