p Baterias de metal de lítio - que podem armazenar até 10 vezes mais carga do que as baterias de íon de lítio que atualmente alimentam nossos telefones, laptops e carros - não foram comercializados devido a uma falha fatal:à medida que essas baterias carregam e descarregam, o lítio é depositado de maneira desigual nos eletrodos. Esse acúmulo reduz a vida dessas baterias muito curto para torná-los viáveis, e mais importante, pode causar curto-circuito e incêndio nas baterias. p Agora, pesquisadores da Universidade de Illinois em Chicago desenvolveram uma solução para este problema na forma de uma 'nanofolha' revestida com óxido de grafeno que, quando colocado entre os dois eletrodos de uma bateria de metal de lítio, evita o revestimento desigual de lítio e permite que a bateria funcione com segurança por centenas de ciclos de carga / descarga. Eles relatam suas descobertas no jornal Materiais Funcionais Avançados .

p "Nossas descobertas demonstram que os materiais bidimensionais - neste caso, óxido de grafeno - pode ajudar a regular a deposição de lítio de tal forma que estende a vida útil das baterias de metal de lítio, "disse Reza Shahbazian-Yassar, professor associado de engenharia mecânica e industrial na UIC College of Engineering e autor correspondente do artigo.

p As baterias de metal de lítio são muito úteis por causa de sua densidade de alta energia e pesos relativamente leves em comparação com as baterias convencionais. Contudo, ao longo de muitos ciclos de carga-descarga, O lítio acumula-se de forma desigual no eletrodo de metal de lítio da bateria em uma ramificação ou padrão "dendrítico" e, por fim, faz com que a bateria acabe. Se os dendritos crescerem através da solução eletrolítica e entrarem em contato com o outro eletrodo, então a bateria pode passar por um evento catastrófico - em outras palavras, uma explosão ou incêndio.

p Em baterias de íon de lítio, um separador é colocado no eletrólito. Normalmente feito de um polímero poroso ou fibras de cerâmica de vidro, o separador permite que os íons de lítio fluam enquanto mantém os outros componentes bloqueados para evitar curtos elétricos, o que pode causar incêndios.

p Reza e colegas usaram um separador modificado em uma bateria de metal de lítio para modular o fluxo de íons de lítio para controlar a taxa de deposição de lítio e ver se eles poderiam impedir a formação de dendritos. Eles revestiram com spray um separador de fibra de vidro com óxido de grafeno, produzindo o que eles chamam de nanofolha.

p Usando microscopia eletrônica de varredura e outras técnicas de imagem, os pesquisadores mostraram que quando a nanofolha foi usada em uma bateria de metal de lítio, um filme uniforme de lítio formado na superfície do eletrodo de lítio, que melhora o funcionamento da bateria e a torna muito mais segura, disse Tara Foroozan, um estudante de pós-graduação na Faculdade de Engenharia da UIC e primeiro autor deste estudo.

p Simulações moleculares, liderado por uma equipe de pesquisadores da Texas A &M University, sugeriu que os íons de lítio tornam-se temporariamente ligados ao óxido de grafeno, e então se difundir através de áreas de defeitos nanoscópicos na folha. Isso retarda a passagem de íons de lítio o suficiente para evitar a formação de deposição dendrítica de lítio no eletrodo.

p "A nanofolha retarda a passagem de íons de lítio o suficiente para permitir um revestimento mais uniforme em íons de lítio em toda a superfície do eletrodo, o que ajuda a preservar a vida da bateria, "disse Reza.

p Resultados de cálculos de modelagem de campo de fase liderados por Farzad Mashayek, professor e chefe de engenharia mecânica e industrial na UIC College of Engineering e autor do artigo, indicou que o óxido de grafeno também pode suprimir mecanicamente o crescimento de dendritos de lítio.

p "Nós mostramos que materiais de óxido de grafeno bidimensional são capazes de impedir a formação de dendritos, alterando a taxa de difusão de íons de lítio conforme eles passam pelas camadas de óxido de grafeno, "disse Shahbazian-Yassar." Este método tem um potencial muito alto para aplicação industrial e escalabilidade. "