O Caminho Continua por Lítio-Ar Baterias

UM novo cátodo poderia melhorar a vida da bateria, mas de lítio-ar baterias ainda durar apenas cerca de dois meses

para os proprietários de veículos elétricos, ansiedade de faixa—o medo de ficar sem energia antes da próxima estação de carregamento—é real. Os fabricantes de automóveis, interessados em trazer EVs para o mercado de massa, têm procurado por anos alternativas que poderiam armazenar mais carga do que as baterias de lítio-íon de hoje.

uma opção é o lítio-ar, e uma equipe de pesquisadores inventou um novo tipo de cátodo que eles afirmam que pode prolongar a vida útil de tais baterias. Num estudo publicado em catálise aplicada B: Environmental, the team from South Korea and Thailand describe how they coated nickel cobalt sulfide nanoflakes on a graphene cathode doped with sulfur. The result: an electrode that boasts both improved electrical conductivity and catalytic activity.

“é uma abordagem de design muito interessante”, diz Harry Hoster, diretor do Energy Lancaster, um instituto de pesquisa baseado no reino unido dedicado às tecnologias de energia.As baterias geralmente geram energia elétrica através de uma reação redox. No caso de baterias de lítio-ar, lítio do ânodo fica oxidado enquanto moléculas de oxigênio são reduzidas no cátodo. O produto resultante é o peróxido de lítio (Li2O2).

o cátodo é supostamente onde a magia acontece. Como o oxigênio pode ser fornecido continuamente a partir do ar ao invés de Armazenado em quantidades finitas dentro da célula, as baterias de lítio-ar podem teoricamente fornecer uma densidade de energia 10 vezes a de seus primos de íon de lítio. E quanto mais peróxido de lítio se acumula no cátodo de grafite, maior a capacidade de carga da bateria.

modificar o cátodo de carbono com enxofre torna mais fácil para o peróxido de lítio se colar a ele, diz Hoster. “Os átomos de enxofre fornecem pontos de cola Locais, Pontos de ancoragem para as coisas se agarrarem”, diz ele.O enxofre também fornece benefícios adicionais para a bateria, diz O físico-químico Sangaraju Shanmugam do Instituto de Ciência e Tecnologia da Coreia Daegu Gyeongbuk, e um dos co-autores do artigo. Como os átomos de enxofre são muito maiores em tamanho em comparação com seus homólogos de carbono, enxofre-doping o cátodo expande a estrutura da estrutura porosa de carbono, aumentando sua área de superfície. “Quando isso acontece, os elétrons podem se mover mais ou menos dentro do grafeno e assim a condutividade elétrica é melhorada”, diz Shanmugam.

o revestimento da superfície catódica com nanoflakes de sulfeto de níquel e cobalto proporciona um impulso adicional através do aumento da actividade catalítica. “O enxofre interage com os locais metálicos em sulfeto de níquel e cobalto, e há uma forte interação sinergística entre a superfície de grafeno e nanoflakes”, explica Shanmugam.

os flocos formam também uma camada protectora entre a superfície catódica e o produto de descarga de peróxido de lítio resultante, que é altamente corrosivo. O resultado é uma melhor ciclabilidade da bateria—pouco mais de 1.700 horas, ou mais de dois meses—que Shanmugam diz ser “um dos pontos mais fortes” de sua invenção. A capacidade de descarga específica é também “ultra alta” a cerca de 14.200 miliamperes por grama (mAh/g). Está pendente uma patente na Coreia para a nova tecnologia.

” os materiais que eles propuseram são muito, muito interessantes…e parece que eles são os primeiros a trazer isso para a comunidade”, diz O Hoster de Lancaster. Mas ele é cauteloso sobre o quão otimista os resultados são realmente. O sistema precisa ser testado de forma mais robusta, diz ele. Para avaliar adequadamente a atividade eletrocatalítica, os pesquisadores devem ter feito um voltammograma Cíclico (um tipo de teste onde uma tensão externa é aplicada e variada para ver como a corrente da bateria muda de forma correspondente) a velocidades altas, em vez de baixas. Além disso, o experimento de descarga que eles realizaram é muito superficial (parar a uma capacidade específica de 1.000 mAH/g) para ser considerado um teste de estresse adequado, porque “você não produz muitos dos produtos colaterais que fazem com que a bateria se desvaneça a longo prazo”, diz Hoster.

ele também destaca a baixa eficiência de carga da bateria, que é uma medida de quanta energia você recebe em comparação com a energia que você coloca em carregá-la. A perda de energia pode resultar devido à produção de calor ou reacções laterais indesejadas que ocorrem nos eléctrodos. A cerca de 65 por cento, é 15 a 25 por cento inferior ao que seria de esperar das baterias de iões de lítio. Esta é uma de uma série de preocupações que continuam a atormentar o uso de baterias de lítio-ar. Outros incluem o que fazer com o subproduto quimicamente agressivo de peróxido de lítio que se forma, que requer uma alta tensão de carga para remover, Pode decompor o eletrólito, e, posteriormente, limitar a vida de ciclo de uma bateria.

o ânodo de lítio puro também coloca um problema. Altamente reativo, o lítio pode inflamar quando exposto a água e outros elementos. Depois há a questão do próprio ar. Embora fornecer oxigênio para baterias funciona bem em um laboratório, não é viável para veículos elétricos que funcionam em estradas. Utilizar o ar é o objetivo, mas você primeiro teria que remover impurezas prejudiciais à bateria, tais como dióxido de carbono e vapor de água.

estes desafios de desenvolvimento têm atenuado o entusiasmo pelas baterias de lítio-ar nos últimos anos, com empresas como a IBM e o Centro Comum de pesquisa de Armazenamento De Energia financiado pelos EUA abandonando sua pesquisa em favor de outros tipos de baterias de próxima geração. Até a instituição Faraday, no Reino Unido. instituição que investiu £65 milhões em pesquisas de baterias, decidiu investir em baterias de lítio-enxofre sobre baterias de lítio-ar em sua última rodada de financiamento, porque eles pensaram que o primeiro era “também arriscado, mas mais realista”, diz Hoster.

” tem sido uma realidade sóbria…a bateria lítio-oxigênio é um pouco como a fusão nuclear é nas grandes tecnologias”, diz ele. “Há grandes vitórias potenciais, mas há muitas pontas soltas.”

no entanto, porque as baterias de lítio-ar têm uma densidade de energia que é potencialmente 10 vezes maior do que a dos lítio-iões tradicionais, “ainda há um grande jogo a ser jogado”, diz Hoster. “Mas é preciso gerir as expectativas.”