Pesquisadores da Universidade de Cambridge acabam de identificar um novo conjunto de materiais que podem ser usados para produzir baterias de alta potência e descobriram que os íons de lítio podem penetrar na complexa microestrutura dos materiais de óxido de tungstênio a velocidades muito além dos materiais típicos. O que significa que pode alcançar velocidades de carregamento mais rápidas. Em suma, essa descoberta pode se tornar a chave para a construção da próxima geração de baterias de íon de lítio. Espera-se que elas concluam o carregamento em minutos (em vez de horas). Sobreaquecimento perigoso.
Estudo Figura 1: Nb
16W
5O
55E Nb
18W
16O
93Estrutura de cristal / morfologia de partículas
As baterias de íons de lítio têm sido usadas continuamente e amplamente desde a década de 1990. Infelizmente, sua densidade energética aumentou apenas 3-4% ao ano - muito abaixo das expectativas dos fabricantes de veículos elétricos e de eletrônicos de consumo.
Mais importante, essas melhorias geralmente vêm da otimização do material de embalagem, e não do próprio eletrodo.Essa estratégia dificilmente pode compensar outra desvantagem inerente à tecnologia de baterias - a velocidade de carregamento é lenta.
A fim de aumentar a taxa de carregamento, é necessário acelerar o fluxo de íons de lítio carregados do eletrodo positivo para o eletrodo negativo.Os cientistas têm tentado alcançar esse objetivo estabelecendo nanoestruturas especiais dentro dos eletrodos:
Isso é projetado para reduzir a distância percorrida pelos íons de lítio, mas suas partículas são difíceis e caras de usar, e também criam reações químicas indesejadas que reduzem a vida útil da bateria.
Estudo Figura 2: Propriedades eletroquímicas de dois materiais
Nas últimas descobertas de Cambridge, os pesquisadores usaram diferentes abordagens:
Escolheu uma partícula maior com uma estrutura rígida de coluna aberta, que permite que os íons de lítio se movam desimpedidos em grandes quantidades, aumentando sua produtividade em vários níveis.
Novos materiais de eletrodo também podem ser uma alternativa mais segura:
O eletrodo negativo na maioria das baterias de íons de lítio é feito de grafite.No carregamento de alta velocidade, os dendritos, especialmente a microestrutura das fibras de lítio, são formados.
Os dendritos podem causar curtos-circuitos ou até incêndios em baterias, mas os novos materiais de eletrodo da Cambridge não.
Estudo Figura 9: Expectativas de óxidos de tungstênio ternário a granel e bronze e comparação eletroquímica com óxidos de cério binários.
Professor Clare Gray, um autor de pesquisa sênior, disse:
Em aplicações de preenchimento rápido, a segurança é um lugar que precisa de mais atenção.Esse tipo de material novo potencial vale a pena, porque precisamos de uma alternativa mais segura ao grafite.
Além disso, os nano-fatores exigem várias etapas para serem fabricados, resultando em problemas de rendimento e escalabilidade extremamente baixos.
Em contraste, o óxido de tungstênio de tântalo é mais simples de fabricar e não requer produtos químicos ou solventes adicionais.É claro que ainda temos muito trabalho a fazer antes de colocá-lo em prática.
