p Nanopartículas contendo três camadas diferentes de material podem ajudar a aumentar o desempenho de uma bateria de zinco-ar, Pesquisadores do A * STAR descobriram. p As baterias de zinco-ar são baratas, têm uma alta densidade de energia, e duram muito tempo. O uso de um eletrólito à base de água os torna mais seguros do que outras baterias, então eles são freqüentemente encontrados em aplicações médicas, como aparelhos auditivos e dispositivos de monitoramento cardíaco.

p O eletrodo negativo da bateria contém metal zinco, que libera elétrons quando reage com íons hidróxido no eletrólito. Esses elétrons geram uma corrente à medida que fluem para o eletrodo positivo, onde eles reagem com o oxigênio do ar para produzir mais íons hidróxido.

p A lentidão da reação com o oxigênio limita a saída de tensão da bateria e seu desempenho em alta corrente. Encontrar um catalisador para acelerar a reação pode render maior potência e densidades de energia, abrindo uma gama mais ampla de aplicações potenciais.

p Yun Zong e Zhaolin Liu, do Instituto A * STAR de Pesquisa e Engenharia de Materiais, e colegas desenvolveram um catalisador de nanopartículas que pode se encaixar no projeto. As partículas têm 20-50 nanômetros de diâmetro, com um núcleo de cobalto envolto por uma casca interna de óxido de cobalto, que é cercado por uma camada externa de polidopamina pirolisada (PPD), uma forma de carbono 'pontilhada' com átomos de nitrogênio. Essas nanopartículas são revestidas em um suporte de carbono poroso que atua como um eletrodo. Sua estrutura ajuda a impedi-los de lixiviar cobalto ou se aglomerarem, e a camada externa protetora também torna as nanopartículas mais duráveis.

p Essas nanopartículas de três camadas transformaram com eficiência o oxigênio em hidróxido em uma única etapa. A equipe sugere que os átomos de nitrogênio na camada PPD ajudam a atrair e tornar os átomos de oxigênio mais reativos em seu caminho para locais cataliticamente ativos no óxido de cobalto e no PPD. Enquanto isso, o núcleo de cobalto e a camada de PPD ajudam os elétrons a fluir com eficiência para os átomos de oxigênio. Em contraste, partículas semelhantes contendo apenas cobalto e óxido de cobalto, ou PPD sozinho, transformou o oxigênio em um processo de duas etapas que produziu hidroperóxido, um intermediário indesejável e corrosivo.

p Os pesquisadores testaram seu eletrodo em uma bateria de zinco-ar (ver imagem), e descobriu que poderia produzir uma corrente de cinco miliamperes por centímetro quadrado de eletrodo a 1,36 volts por cinco dias, superando um eletrodo que dependia de um catalisador de platina convencional.

p "A próxima etapa desta pesquisa inclui a simplificação da rota sintética para facilitar a síntese em larga escala das nanopartículas, e exploração de outros sistemas catalíticos seguindo a estratégia semelhante, "diz Zong.