Pesquisadores do Warwick Manufacturing Group deram um grande passo para substituir grafite com silicone nos ânodos das baterias de iões de lítio.
Ao adicionar pequenos feixes de grafeno, os cientistas conseguiram superar os problemas de desempenho inerentes do silício, o segundo elemento mais abundante da crosta terrestre com dez vezes a densidade gravimétrica da grafite, aumentando assim a capacidade da bateria e sua vida útil em mais do dobro.
Em baterias típicas de iões de lítio, o silício perde muita capacidade. Devido à expansão do volume que ocorre após a litiação, as partículas de silício podem aglomerar-se eletroquimicamente de modo a afetar a eficiência de carga-descarga ao longo do tempo.
Uma vez que o silício não é elástico o suficiente para suportar o estresse de litiação quando es carregado repetidamente, pode causar queima e rápida degradação física da microestrutura compósita do ânodo.
No entanto, pesquisadores da Universidade de Warwick, na Inglaterra, descobriram uma nova mistura de ânodos, que poderiam ser fabricados em escala industrial e sem a necessidade de recorrer a nanodização de silício e seus problemas associados.
Separar e manipular algumas camadas conectadas de grafeno deu aos pesquisadores um material de baixo teor de grafeno (FLG).
De acordo com o estudo, intitulado «Estudos de impedância relacionados a fases em sistemas compostos de eletrodos de silício e grafeno» e publicado em Nature Scientific Reports, o material FLG pode melhorar drasticamente o desempenho de partículas de silício de tamanho micrómetrico maior quando usado em um ânodo
Portanto, os pesquisadores criaram anodos constituídos por 60% de partículas de microsilício, 16% de FLG, 14% de ácido sódico / poliacrílico e 10% de aditivos de carbono, e depois examinaram o desempenho (e as mudanças na estrutura do material) durante 100 ciclos de carregamento e descarga.
Verificou-se assim que o FLG aumenta a resistência e as propriedades de tração do material, reduzindo significativamente o dano causado pela expansão física do silício durante a litiação. Melanie Loveridge, que liderou a pesquisa e pesquisadora sênior da WMG na Universidade de Warwick, disse: «Mais importante ainda, o FLG também pode ser muito eficaz na preservação do grau de separação entre as partículas de silício. Cada ciclo de carga da bateria aumenta as chances de que as partículas de silício sejam soldadas por processos eletroquímicos”.
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