p Yuan Yang, professor assistente de ciência de materiais e engenharia na Columbia Engineering, desenvolveu um novo método para aumentar a densidade de energia das baterias de lítio (íon-lítio). Ele construiu uma estrutura de três camadas que é estável mesmo no ar ambiente, o que torna a bateria mais duradoura e mais barata de fabricar. O trabalho, o que pode melhorar a densidade de energia das baterias de lítio em 10-30%, é publicado online hoje em Nano Letras . p "Quando as baterias de lítio são carregadas pela primeira vez, eles perdem de 5 a 20% de energia no primeiro ciclo, "diz Yang." Através do nosso design, conseguimos recuperar esta perda, e acreditamos que nosso método tem grande potencial para aumentar o tempo de operação de baterias para eletrônicos portáteis e veículos elétricos. "

p Durante a primeira carga de uma bateria de lítio após sua produção, uma porção do eletrólito líquido é reduzida a uma fase sólida e revestida com o eletrodo negativo da bateria. Este processo, geralmente feito antes das baterias serem despachadas da fábrica, é irreversível e diminui a energia armazenada na bateria. A perda é de aproximadamente 10% para eletrodos negativos de última geração, mas pode atingir até 20-30% para eletrodos negativos de próxima geração com alta capacidade, como o silício, porque esses materiais têm grande expansão de volume e alta área de superfície. A grande perda inicial reduz a capacidade alcançável em uma célula cheia e, portanto, compromete o ganho em densidade de energia e ciclo de vida desses eletrodos nanoestruturados.

p A abordagem tradicional para compensar essa perda é colocar certos materiais ricos em lítio no eletrodo. Contudo, a maioria desses materiais não é estável ao ar ambiente. Fabricação de baterias em ar seco, que não tem umidade alguma, é um processo muito mais caro do que a fabricação em ar ambiente. Yang desenvolveu uma nova estrutura de eletrodo de três camadas para fabricar ânodos de bateria litiada no ar ambiente. Nestes eletrodos, ele protegeu o lítio com uma camada de polímero PMMA para evitar que o lítio reaja com o ar e a umidade, e então revestiu o PMMA com materiais ativos como grafite artificial ou nanopartículas de silício. A camada de PMMA foi então dissolvida no eletrólito da bateria, expondo assim o lítio aos materiais do eletrodo. "Desta forma, fomos capazes de evitar qualquer contato com o ar entre o lítio instável e um eletrodo litiado, "Yang explica, "para que o eletrodo estruturado em três camadas possa ser operado no ar ambiente. Isso poderia ser um avanço atraente para a produção em massa de eletrodos de bateria litiada."

p O método de Yang reduziu a capacidade de perda em eletrodos de grafite de última geração de 8% para 0,3%, e em eletrodos de silício, de 13% a -15%. O valor de -15% indica que havia mais lítio do que o necessário, e o lítio "extra" pode ser usado para aumentar ainda mais a vida útil das baterias, pois o excesso pode compensar a perda de capacidade nos ciclos subsequentes. Porque a densidade de energia, ou capacidade, de baterias de íon-lítio tem aumentado de 5 a 7% ao ano nos últimos 25 anos, Os resultados de Yang apontam para uma possível solução para aumentar a capacidade das baterias de íon-lítio. Seu grupo agora tenta reduzir a espessura do revestimento de polímero para que ocupe um volume menor na bateria de lítio, e aumentar sua técnica.

p "Esta estrutura de eletrodo de três camadas é de fato um design inteligente que permite o processamento de eletrodos contendo metal de lítio em condições ambientais, "observa Hailiang Wang, professor assistente de química na Universidade de Yale, que não estava envolvido com o estudo. "A eficiência Coulombic inicial dos eletrodos é uma grande preocupação para a indústria de baterias de íons de lítio, e esta técnica eficaz e fácil de usar para compensar a perda irreversível de íons de lítio atrairá interesse. "