Nova química anti-envelhecimento pode superar a decadência da bateria de lítio da próxima geração

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Nova química anti-envelhecimento pode superar a decadência
da bateria de lítio da próxima geração
Crédito da imagem: ZHANG Huanrui.
Para baterias de lítio de alta tensão usando cátodos de óxido de metal de transição em camadas, a
degradação química dos eletrólitos da bateria resulta em rápida decadência de sua capacidade.
Isso coloca desafios substanciais para aplicações práticas desta potencial próxima geração de baterias de
lítio.
Pesquisadores do Instituto Qingdao de Bioenergia e Bioprocesso Tecnologia (QIBEBT) da Academia
Chinesa de Ciências (CAS) foram inspirados pela maneira como os organismos abordam os efeitos do
envelhecimento do oxigênio altamente reativo e dos radicais livres para resolver esse problema.
O estudo foi publicado no Journal of the American Chemical Society.
No circuito elétrico de uma bateria clássica, os eletrodos – um negativo (o cátodo) e um positivo (o ânodo) –
são os condutores que fazem contato com a parte não metálica de um circuito (os eletrólitos).
A degradação química dos eletrólitos em baterias de lítio com óxidos de metal de transição é causada
durante a ciclagem do circuito pela oxidação de oxigênio altamente reativo e por um ataque de radicais livres
- qualquer átomo, molécula ou íon com um elétron de valência não emparelhado (camada externa).
Algumas estratégias destinadas a resolver o problema envolvem principalmente truques de engenharia
inteligentes na camada atômica da superfície dos materiais, ou de usar eletrólitos sólidos em vez de
líquidos.
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O objetivo aqui é construir uma barreira física para diminuir a taxa de decomposição de eletrólitos. Mas
mesmo uma desaceleração não suprime substancialmente sua degradação química ao longo do tempo.
Na natureza, essa degradação ocorre praticamente em toda parte, já que o oxigênio é um dos elementos
mais capazes de atrair elétrons de outros átomos e moléculas. Um escurecimento de maçã, um pedaço de
ferrugem de ferro e o envelhecimento da pele são, em parte, um produto de oxidação “danos”.
E a natureza criou todos os tipos de soluções para combater esse problema. Os organismos muitas vezes
produzem diferentes tipos de enzimas que trabalham para eliminar o oxigênio ativo e os radicais livres para
aliviar o problema.
“Então, pensamos, por que não apenas tentar replicar o que a natureza já faz e colocá-lo dentro de uma
bateria?”, disse CUI Guanglei da QIBEBT, pesquisador principal do estudo.
Inspirados por esses mecanismos de enfrentamento de anti-oxigênio do organismo, os pesquisadores
desenvolveram uma fotoestabilizador – um aditivo de fichário anti-envelhecimento bastante simples para o
eletrólito que pode eliminar os átomos de oxigênio singlet e os radicais livres como ocorre.
Através de investigação experimental e cálculo teórico, os pesquisadores descobriram que este mecanismo
de eliminação de oxigênio bio-inspirado em baterias de lítio à base de óxidos de metal de transição em
camadas entregou um desempenho eletroquímico superior, mesmo sob temperaturas elevadas.
“Isso anuncia um novo paradigma para manipular a química do cátodo e do eletrólito de todos os tipos de
baterias recarregáveis envolvendo a degradação química do eletrólito”, disse o que é um eletrolítico. CUI
adicionado.
Após o sucesso do fotoestabilizador, os pesquisadores pretendem comercializar baterias de lítio baseadas
em óxido em camadas de alta tensão com seu fiador antienvelhecimento bio-inspirado como a próxima
geração de dispositivos de armazenamento de energia além da tecnologia tradicional de íons de lítio.