Para baterias de lítio de longa duração

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Para baterias de lítio de longa duração
Um novo composto de enxofre de nitreto de titânio reduz o notório efeito de transporte e melhora o
desempenho geral das baterias de lítio-enxofre.
Crédito da imagem: Unsplash
Devido ao aumento da conscientização mundial sobre o aquecimento global, houve muitas iniciativas
tomadas para reduzir as emissões de carbono. Uma área em que é necessária uma redução das
emissões de dióxido de carbono é o setor de transportes. Por exemplo, maior atenção está sendo dada
ao desenvolvimento de veículos elétricos que funcionam com baterias. Atualmente, as baterias de íons
de lítio (Li-ion) são usadas para alimentar esses carros, no entanto, essa tecnologia está atualmente se
aproximando de seu limite teórico de densidade de energia e só pode ser usada para viagens curtas.
Portanto, para melhorar ainda mais a quantidade de energia que uma bateria fornece, para uso em
veículos elétricos de longo alcance, novas químicas de bateria precisam ser investigadas.
Uma solução possível que poderia substituir as baterias comerciais atuais é o lítio-sulfur (Li-S). Essas
baterias têm uma densidade de energia teórica muito maior e são fabricadas a partir de materiais
acessíveis e abundantes, tornando-se uma tecnologia geral mais sustentável.
Apesar disso, as baterias Li-S têm suas próprias desvantagens que dificultam a comercialização. Por
exemplo, o cátodo passa por uma grande mudança de volume durante o ciclismo, fazendo com que o
material se degrade com o tempo. Além disso, o enxofre é um isolante, o que dificulta o fluxo de
elétrons/íons no cátodo, diminuindo o desempenho da bateria. Finalmente, há uma perda de enxofre do
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cátodo devido à dissolução e difusão de certas espécies (polísulfetos) em toda a célula, levando a uma
diminuição na vida do ciclo da bateria.
Para combater essas questões, o enxofre pode ser misturado com outro material formando um
composto para melhorar a condutividade, bem como a absorção de polissulfetos, confinando-os ao
cátodo, para evitar qualquer perda de material.
Materiais compostos que já foram usados anteriormente neste contexto incluem uma variedade feita de
carbonos porosos e óxidos metálicos. O carbono poroso aumenta a condutividade do eletrodo, no
entanto, eles não impedem a migração de polissulfetos. Os óxidos de metal, por outro lado, absorvem os
polissulfidos, mas sua condutividade elétrica é baixa. Por isso, materiais que resolvem ambos os
problemas simultaneamente são necessários.
Uma dessas substâncias que se mostra promissora é o nitreto de titânio, que tem uma condutividade
elétrica próxima à dos metais e demonstrou absorver quimicamente os polissulfetos.
Em seu artigo recente publicado na revista ChemistrySelect, Dr. O Ding-Rong Deng e o professor Qi-Hui
Wu da Universidade Jimei desenvolveram um método fácil para preparar microesferas de nitreto de
titânio oco usando um método livre de modelos, na tentativa de combater as limitações acima
mencionadas e melhorar o desempenho das baterias Li-S.
Estruturas ocas contêm muitos espaços vazios, o que significa que eles podem amortecer a expansão
do volume, o que leva à degradação do cátodo. No entanto, os materiais ocos geralmente exigem o uso
de um modelo durante a preparação, o que pode aumentar a dificuldade, bem como o custo do
procedimento de fabricação. É por isso que este novo método livre de modelos é promissor para as
futuras baterias Li-S.
A capacidade da microesfera de nitreto de titânio de absorver polissulfetos foi investigada e comparada
à de um aditivo de carbono comumente usado. No experimento, ambos os materiais foram colocados
em uma solução contendo polissulfetos. Verificou-se que a amostra que continha nitreto de titânio
absorveu quase todo o polissulfeto na solução, enquanto que a contenção de carbono não reagiu,
mesmo quando sobrou por mais de três horas. A razão para isso foi atribuída à forte interação entre
nitrogênio e enxofre.
As microesferas de nitreto de titânio foram então misturadas com enxofre para formar um compósito,
que foi usado como o material catótodo em uma bateria funcional. O desempenho desta bateria foi
comparado com um que usava carbono misturado com enxofre, em vez das microesferas ocas no
compósito.
Verificou-se que quando o cátodo à base de carbono foi usado, a capacidade da bateria de produzir
energia diminuiu significativamente em apenas 400 ciclos. No entanto, ao incorporar as microesferas de
nitreto de titânio no cátodo, a bateria permaneceu relativamente estável no mesmo período de tempo.
Os autores atribuem isso à sua capacidade de absorver polissulfetos e minimizar a degradação do
cátodo. A fim de verificar se as microesferas foram benéficas para a saída da bateria, um cátodo feito de
nitreto de titânio a granel foi usado e verificou-se que produzia um desempenho menor.
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A pesquisa apresenta um método simples e inovador para preparar cátodos em baterias Li-S que
reduzem o efeito do ônibus espacial e melhoram o desempenho geral, aproximando-os da
comercialização.
Referência: Ding-Rong Deng e Qi-Hui Wu, “ Microesferas de TiN Oco Sintetizado por um Método Livre
de Modelos como uma Matriz para Bateria de Li-S de Alto Desempenho ” ChemistrySelect (2020).
doi:10.1002/slct.202002641
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https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/slct.202002641