p Os cientistas da Rice University criaram uma bateria recarregável de metal de lítio com três vezes a capacidade das baterias comerciais de íon-lítio, resolvendo algo que há muito confunde os pesquisadores:o problema dos dendritos. p A bateria Rice armazena lítio em um ânodo exclusivo, um híbrido perfeito de grafeno e nanotubos de carbono. O material criado pela primeira vez na Rice em 2012 é essencialmente uma superfície de carbono tridimensional que fornece área abundante para o lítio habitar.

p O próprio ânodo se aproxima do máximo teórico para armazenamento de metal de lítio, enquanto resiste à formação de dendritos prejudiciais ou depósitos "musgosos".

p Os dendritos têm atormentado as tentativas de substituir o íon de lítio por baterias de metal de lítio avançadas que duram mais e carregam mais rápido. Os dendritos são depósitos de lítio que se transformam no eletrólito da bateria. Se eles ligarem o ânodo e o cátodo e criarem um curto-circuito, a bateria pode falhar, pegar fogo ou mesmo explodir.

p Pesquisadores de arroz liderados pelo químico James Tour descobriram que quando as novas baterias são carregadas, O metal de lítio reveste uniformemente o híbrido de carbono altamente condutor no qual os nanotubos são covalentemente ligados à superfície de grafeno.

p Conforme relatado no jornal American Chemical Society ACS Nano , o híbrido substitui ânodos de grafite em baterias de íon-lítio comuns que trocam capacidade por segurança.

p "As baterias de íon-lítio mudaram o mundo, sem dúvida, "Tour disse, "mas eles são tão bons quanto eles vão ficar. A bateria do seu celular não vai durar mais até que uma nova tecnologia apareça."

p Ele disse que a floresta de nanotubos do novo ânodo, com sua baixa densidade e alta área de superfície, tem muito espaço para as partículas de lítio entrarem e saírem à medida que a bateria é carregada e descarregada. O lítio é distribuído uniformemente, espalhando a corrente transportada por íons no eletrólito e suprimindo o crescimento de dendritos.

p Embora a capacidade da bateria do protótipo seja limitada pelo cátodo, o material do ânodo atinge uma capacidade de armazenamento de lítio de 3, 351 miliamperes horas por grama, perto do máximo teórico e 10 vezes maior do que as baterias de íon-lítio, Tour disse. Por causa da baixa densidade do tapete de nanotubos, a capacidade do lítio de revestir todo o caminho até o substrato garante o uso máximo do volume disponível, ele disse.

p Os pesquisadores tiveram seu "Aha!" momento em 2014, quando o co-autor Abdul-Rahman Raji, um ex-aluno de graduação no laboratório de Tour e agora um pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Cambridge, começou a fazer experiências com metal de lítio e o híbrido de grafeno-nanotubo.

p "Eu raciocinei que o metal de lítio deve ter chapeado no eletrodo enquanto analisava os resultados dos experimentos realizados para armazenar íons de lítio no material do ânodo combinado com um cátodo de óxido de cobalto de lítio em uma célula completa, "Raji disse." Ficamos entusiasmados porque o perfil de voltagem da célula inteira era muito plano. Naquele momento, sabíamos que havíamos encontrado algo especial. "

p Dentro de uma semana, Raji e o co-autor Rodrigo Villegas Salvatierra, um pesquisador de pós-doutorado de arroz, depositou metal de lítio em um ânodo híbrido autônomo para que eles pudessem ver mais de perto com um microscópio. "Ficamos surpresos ao descobrir que nenhum dendrito cresceu, E o resto é história, "Raji disse.

p Para testar o ânodo, o laboratório Rice construiu baterias completas com cátodos à base de enxofre que mantiveram 80 por cento da capacidade após mais de 500 ciclos de carga e descarga, aproximadamente dois anos de uso para um usuário normal de celular, Tour disse. As imagens do microscópio eletrônico dos ânodos após o teste não mostraram nenhum sinal de dendritos ou das estruturas semelhantes a musgo que foram observadas em ânodos planos. A olho nu, ânodos dentro das baterias do tamanho de um quarto ficavam escuros quando vazios de metal de lítio e prata quando cheios, os pesquisadores relataram.

p "Muitas pessoas que fazem pesquisas sobre baterias apenas fazem o ânodo, porque fazer todo o pacote é muito mais difícil, "Tour disse." Tivemos que desenvolver uma tecnologia de cátodo proporcional baseada em enxofre para acomodar esses ânodos de lítio de capacidade ultra-alta em sistemas de primeira geração. Estamos produzindo essas baterias cheias, cátodo mais ânodo, em escala piloto, e eles estão sendo testados. "