Um estudo de baterias de Li-metal pela equipe de pesquisa liderada pelo Dr. Byung Gon Kim no Next-Generation Battery Research Center of Korea Electrotechnology Research Institute (KERI) foi publicado como um artigo de capa na revista internacional ACS Nano

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Enquanto as atuais baterias de íons de lítio geram energia levando íons de lítio para dentro e para fora do ânodo de grafite com base no mecanismo de intercalação, a bateria de metal de lítio não depende dessa grafite volumosa e pesada, mas usa o próprio Li metálico como ânodo. Como o Li-metal apresenta capacidade teórica 10 vezes maior (3.860 mAh/g) do que o grafite (372 mAh/g), tem ganhado cada vez mais atenção de áreas que precisam de baterias de alta capacidade, como veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia.

Apesar dessa vantagem, o Li pode crescer na forma de um galho de árvore, chamado de dendrito de Li, se não for armazenado de maneira uniforme e eficaz durante o processo de ciclagem, levando a uma grande expansão de volume do eletrodo, que por sua vez pode encurtar a vida útil da bateria e causar problemas de segurança, como incêndio e explosão desencadeados por curtos-circuitos internos.

Para resolver este problema, a KERI desenvolveu uma estrutura de carbono porosa confinada ao Li 1D com um núcleo oco, e um pequeno número de nanopartículas de ouro com afinidade ao Li foi adicionado ao núcleo oco. Aqui, o ouro controla a direção de crescimento do Li reagindo preferencialmente com o Li, induzindo assim a deposição de Li dentro do núcleo. Além disso, muitos poros de tamanho nano são formados na parte da casca para melhorar o movimento do íon de lítio em direção ao espaço central.

Um grande desafio observado no hospedeiro de Li de núcleo oco existente foi a deposição de Li no invólucro de carbono condutor, não dentro do núcleo, sob condições de carga de alta taxa. Portanto, a equipe da KERI introduziu muitos poros de tamanho nano na casca e obteve uma eficiência coulombiana significativamente melhorada sem crescimento de dendritos de Li, mesmo sob uma condição de teste de alta corrente de 5 mA/cm ² .

A equipe do Dr. Kim colaborou com o Prof. Janghyuk Moon na Chung-Ang University para validação teórica da eficácia do design deste material, e os resultados da simulação mostraram que o comprimento de difusão de íons de Li reduzido pelos poros da casca e afinidade de Li melhorada pelas nanopartículas de ouro manteve a deposição de Li dentro da estrutura mesmo sob condição de carga de alta corrente. Além disso, o host Li projetado mostrou excelente desempenho de ciclagem de mais de 500 ciclos sob uma alta densidade de corrente de taxa de 4C (retenção de capacidade de 82,5%). É notável também que essa tecnologia atende à praticidade, pois a equipe utilizou a técnica de eletrofiação com vantagens na produção em massa para síntese de materiais.

"Apesar do mérito da alta capacidade, as baterias de Li-metal têm muitos obstáculos a serem superados para comercialização principalmente devido a questões de estabilidade e segurança", disse o Dr. Kim. E o Dr. Kim também disse:"Nosso estudo é inestimável porque desenvolvemos uma técnica para produção em massa de reservatórios de Li-metal com alta eficiência coulombiana para baterias de Li-metal recarregáveis ​​rapidamente."

Este estudo da equipe de pesquisa do KERI foi publicado como um artigo de capa suplementar na edição de agosto do ACS Nano . + Explorar mais

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