Pesquisadores que estão trabalhando para encontrar alternativas às baterias de íon-lítio voltaram sua atenção para as baterias de íon-potássio. O potássio é um recurso abundante e a tecnologia funciona da mesma forma que as baterias de iões de lítio, mas estas baterias não foram desenvolvidas em grande escala porque o raio iónico causa problemas no armazenamento de energia e um desempenho eletroquímico inferior.



Para resolver este problema, os pesquisadores estão considerando o NiCo₂ Se₄ , um seleneto bimetálico, para criar eletrodos em forma de esfera. As esferas são construídas com NiCo₂ Se₄ nanotubos, que melhoram a reatividade eletroquímica para transferência e armazenamento mais rápidos de íons de potássio.

A pesquisa foi apresentada em um artigo publicado na revista Energy Materials and Devices em 14 de setembro.

"Os selenetos bimetálicos combinam as características de melhoria de dois metais, que sinergizam mostrando locais de reação redox ricos e altas atividades eletroquímicas. Um seleneto bimetálico, NiCo₂ Se₄ , foi previamente estudado para armazenamento de sódio, supercapacitores e eletrocatalisadores e apresenta potencial considerável para armazenamento de íons potássio.

"Ao sintetizar NiCo₂ Se₄ usando um processo hidrotérmico de duas etapas, uma estrutura de nanotubos com aglomerados semelhantes a flores se desenvolve, criando canais convenientes para transferência de íons/elétrons de potássio", disse Mingyue Wang, pesquisador do Centro de Pesquisa de Engenharia de Materiais e Dispositivos de Armazenamento de Energia em Xi'an Universidade Jiaotong em Xi'an, China.

Inicialmente, são preparadas esferas precursoras de Ni-Co com nanoagulhas sólidas. Essas esferas possuem uma estrutura cristalina bem definida que é então exposta ao seleneto durante um processo denominado selenização. Este processo introduz selênio no precursor Ni-Co, desenvolvendo o NiCo₂ Se₄ casca de nanotubo.

Os tubos ocos se formam devido a um fenômeno chamado efeito Kirkendall, que ocorre quando dois metais se movem devido à diferença nas taxas de difusão de seus átomos. Esses nanotubos têm cerca de 35 nanômetros de largura, dando espaço suficiente para a transferência de íons e elétrons de potássio.

Através de uma variedade de testes e análises, os pesquisadores conseguiram confirmar quão bem o NiCo₂ Se₄ os ânodos poderiam se mover e armazenar íons e elétrons de potássio. Eles descobriram que NiCo₂ Se₄ tem mais sítios ativos do que outros materiais de eletrodo, tinha elementos distribuídos uniformemente e superou outros eletrodos testados durante a pesquisa.

"O NiCo₂ Se₄ O eletrodo de nanotubo apresentou um desempenho eletroquímico muito melhor em termos de estabilidade cíclica e capacidade de taxa do que outros eletrodos testados, incluindo Ni₃ Se₄ e Co₃ Se₄ . Isso ocorre porque a estrutura única de nanotubos de NiCo₂ Se₄ e a sinergia oferecida pela copresença de dois metais", disse Wang.

Essas contrapartes monometálicas, Ni₃ Se₄ e Co₃ Se₄ não tiveram tanto sucesso quanto o bimetálico NiCo₂ Se₄ , simplesmente por causa da forma como os dois metais (Ni e Co) interagem entre si. NiCo₂ Se₄ também tinha uma capacidade maior, o que é muito benéfico para manter a estabilidade cíclica e o desempenho em altas taxas.

"Este trabalho oferece novos insights sobre o projeto de selenetos metálicos binários micro/nanoestruturados como ânodos para baterias de íons de potássio com desempenho extraordinário de armazenamento de íons de potássio", disse Wang.

Mais informações: Mingyue Wang et al, Mecanismo de conversão de ânodos esféricos de nanotubos NiCo 2Se 4 para baterias de íons de potássio, Materiais e dispositivos energéticos (2023). DOI:10.26599/EMD.2023.9370001
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