Pesquisadores descobrem o arranjo mais compacto de metais alcalinos de duas camadas entre as camadas de grafeno
Imagem de microscopia eletrônica de transmissão de varredura (STEM) e estrutura atômica da bicamada Cs em grafeno bicamada (BLG) (C6 Cs2 C6 ). Crédito:Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-023-44602-3 Pesquisadores da AIST, em colaboração com a Universidade de Osaka, a Universidade Politécnica de Tóquio, a Universidade Kyushu e a Universidade Nacional Tsing Hua, desenvolveram uma técnica para inserir metais alcalinos nas camadas intermediárias do grafeno, que é uma única camada de átomos de carbono dispostos em uma rede hexagonal. . Eles conseguiram observar diretamente o arranjo atômico dos átomos de metal alcalino inseridos, que é uma estrutura hexagonal de bicamada compacta.
O estudo foi publicado na revista Nature Communications .
O desempenho das baterias recarregáveis é um fator chave que influencia a distância percorrida dos veículos elétricos e o tempo de utilização dos smartphones. Melhorar o desempenho destes dispositivos eletrônicos é possível se as baterias recarregáveis puderem acumular maiores capacidades elétricas.
A grafite, material do eletrodo utilizado nas baterias, é composta por multicamadas de grafeno, com metais alcalinos colocados entre as camadas para facilitar o fluxo de elétrons durante a carga e descarga. Alcançar uma alta densidade de armazenamento de metais alcalinos entre as camadas de grafeno poderia aumentar a capacidade elétrica.
Nos últimos cem anos, tem sido amplamente reconhecido através de medições de raios X e difração de elétrons que as intercamadas de grafeno só podem acomodar uma única camada de metal alcalino. Cada camada totalmente preenchida por átomos de metal alcalino de camada única é considerada o limite de carga teórico.
No entanto, não houve relatos de estudos observando diretamente o arranjo atômico de metais alcalinos intercamadas e verificando se as camadas de grafeno podem acomodar apenas uma única camada de átomos de metais alcalinos ou se outras técnicas podem atingir maior densidade ou múltiplas camadas de metais alcalinos.
A equipe de pesquisa desenvolveu uma técnica para inserir metais alcalinos densos entre camadas de grafeno. Utilizando um microscópio eletrônico de alto desempenho e baixa tensão (60 kV), eles observaram com sucesso a estrutura do arranjo dos átomos de metais alcalinos entre as camadas de grafeno. Os metais alcalinos são encontrados densamente embalados em uma estrutura de duas camadas, tanto na bicamada de grafeno quanto na camada superficial de grafite, devido à capacidade de extensão flexível de seu espaçamento entre camadas.
Isto permite que aproximadamente o dobro de metais alcalinos sejam inseridos. Se o grafeno com duas camadas de inserção de metal alcalino puder ser empilhado, espera-se que sirva como um material de eletrodo, aumentando a capacidade das baterias secundárias de íons alcalinos.
