As baterias de metal de lítio, em particular as químicas de lítio-enxofre, têm atraído muita atenção como uma tecnologia de armazenamento de energia de última geração que oferece diversas vantagens em relação às baterias convencionais de íons de lítio (íon-lítio). As baterias Li-S têm maior densidade teórica de energia, menor custo e melhor compatibilidade ambiental

As baterias de metal de lítio, em particular as químicas de lítio-enxofre, têm atraído muita atenção como uma tecnologia de armazenamento de energia de última geração que oferece diversas vantagens em relação às baterias convencionais de íons de lítio (íon-lítio). As baterias Li-S têm maior densidade teórica de energia, menor custo e melhor compatibilidade ambiental do que as baterias de íon-lítio.

No entanto, uma grande preocupação com as baterias Li-S é o impacto ambiental da descoberta, extração e transporte de lítio, pelo que a utilização da menor quantidade possível de lítio continua a ser importante. Além disso, as baterias Li-S têm certas limitações. Normalmente, essas baterias consistem em um ânodo de lítio (eletrodo negativo) e um cátodo de enxofre (eletrodo positivo) com uma camada separadora. Durante a carga e a descarga, uma grande quantidade de lítio e enxofre reagem entre si, colocando o metal lítio sob muita tensão.

Para resolver esses problemas, pesquisadores da Monash University desenvolveram um novo projeto de bateria de lítio-enxofre que usa menos lítio, tem mais energia por unidade de volume, dura mais e custa metade do preço das baterias de íon-lítio.

Para conseguir isso, os pesquisadores aplicaram um revestimento de polímero de poli (trimetilsilil) propino (PTMSP) nanoporoso ultra vítreo permseletivo diretamente na folha de lítio. O fino revestimento de polímero de lítio melhorou significativamente o número de ciclos da bateria.

O revestimento melhora o desempenho do ciclismo através de dois mecanismos. Primeiro, a menor permeabilidade do LiPS resultante dos nanoporos discretos do PTMSP reduz o desbotamento da capacidade devido à perda irreversível de enxofre ativo e lítio através da reação do ânodo LiPS. Em segundo lugar, o PTMSP atua como um andaime para reduzir a quantidade de lítio musgoso de alta área superficial formado durante o ciclo e reduzir a perda de lítio através da formação de lítio morto.

Imagem SEM de lítio revestido com polímero nanoporoso.

“O polímero contém pequenos orifícios com menos de um nanômetro de tamanho – um bilionésimo de metro – que permitem que os íons de lítio se movam livremente enquanto bloqueiam outros produtos químicos que atacariam o lítio. O revestimento também atua como uma estrutura para o lítio e ajuda-o a carregar e descarregar repetidamente”, O estudante de doutorado e pesquisador principal Declan McNamara, da Monash Engineering, disse no comunicado à imprensa.

“O lítio metálico é uma espécie de faca de dois gumes. O lítio contém muita energia, mas em uma bateria ruim, essa energia é desperdiçada em reações colaterais. Por outro lado, se a energia for canalizada corretamente, poderá criar alguns dispositivos de armazenamento de energia incríveis e mais fáceis de fabricar. Este revestimento é um passo em direção a baterias Li-S altamente eficientes e de fácil fabricação”, Acrescentou McNamara.

Em testes de laboratório, os ânodos revestidos apresentam lítio 5,7 vezes mais denso em relação aos controles, traduzindo-se em melhor desempenho de ciclagem devido ao aumento da retenção de capacidade e melhor utilização do lítio.

Além disso, o novo design não requer níquel ou cobalto, eliminando a necessidade de minerais que apresentam custos ambientais e sociais significativos.

Estes desenvolvimentos são passos promissores para a adoção mais generalizada de baterias de lítio-enxofre e outros sistemas de armazenamento de energia à base de lítio metálico.

“As tecnologias de proteção de metal-lítio se tornarão cruciais em nossa busca por baterias sustentáveis ​​e com alta densidade energética do futuro. O estudo estabelece uma nova estrutura para proteger o metal-lítio da rápida deterioração ou falha catastrófica, o que tem sido um calcanhar de Aquiles para as baterias Li-S”, ele disse.

Atualizado em by Lawanda Noren
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