Pesquisadores usam grafeno para desenvolver opção sólida para baterias

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Ao adicionar grafeno a um material cerâmico, pesquisadores afirmam ter produzido o eletrólito sólido mais resistente de todos os tempos

grafeno
Imagem: Santosh Gawde, disponível no Flickr sob licença CC BY-SA 2.0

Uma bateria de estado sólido, na qual o eletrólito líquido que carrega a carga é trocado por uma alternativa sólida, promete vários benefícios de desempenho em relação às soluções atuais, mas existem alguns problemas a serem resolvidos. Cientistas da Universidade de Brown projetaram um novo design que supera alguns dos principais obstáculos, usando uma delicada mistura de cerâmica e o maravilhoso material grafeno para produzir o que dizem ser o eletrólito sólido mais resistente até hoje.

Os eletrólitos líquidos desempenham um papel importante na função das atuais baterias de íons de lítio, já que são eles que carregam os íons de lítio para frente e para trás entre o ânodo e o cátodo enquanto a bateria carrega e descarrega. Mas eles são líquidos altamente voláteis e que trazem risco de incêndio quando a bateria entra em curto-circuito, o que deixa espaço para melhorias em termos de segurança.

Além disso, eletrólitos alternativos podem oferecer maior densidade de energia e até permitir a atualização de outros componentes da bateria. Por exemplo, o ânodo é normalmente feito de cobre e grafite, mas os cientistas acreditam que um eletrólito sólido permitiria que a bateria funcionasse com um ânodo de lítio puro, algo que poderia quebrar o "gargalo de densidade de energia", de acordo com um estudo publicado recentemente.

Mas integrar um eletrólito sólido não é exatamente fácil, com esforços até agora frequentemente atormentados por fraturas e corrosão de outras partes da bateria. O uso de materiais cerâmicos pode ser uma opção, mas sua natureza frágil também se mostrou problemática. Os pesquisadores da Universidade de Brown acreditam que podem superar essa desvantagem adicionando uma pitada de grafeno, um material leve e que também oferece alta condutividade elétrica, característica que foi levada em conta com cuidado.

"Você quer que o eletrólito conduza íons, não eletricidade", diz o autor do estudo Nitin Padture. “O grafeno é um bom condutor elétrico, então as pessoas podem pensar que estamos dando um tiro no pé, colocando um condutor em nosso eletrólito. Mas se mantivermos a concentração baixa o suficiente, podemos impedir a condução do grafeno e ainda obtemos o benefício estrutural. ”

A equipe encontrou esse ponto ideal combinando uma certa quantidade de plaquetas minúsculas de óxido de grafeno com um pó cerâmico e aquecendo a mistura para formar um composto de cerâmica e grafeno. Por meio de testes, a pesquisa mostrou o material eletrolítico para oferecer um aumento de duas vezes na resistência apenas na cerâmica, e que a adição de grafeno não interferiu em seu desempenho elétrico.

"O que está acontecendo é que, quando a rachadura começa em um material, as plaquetas de grafeno basicamente mantêm as superfícies quebradas juntas, para que seja necessária mais energia para a rachadura", diz Athanasiou.

Os pesquisadores dizem que, pelo que sabem, esse é "o eletrólito sólido mais resistente que alguém já fabricou até hoje" e esperam que, com mais trabalho, ele possa se transformar em dispositivos para aplicação diária. A partir daqui, os pesquisadores planejam continuar experimentando o material e testando alternativas ao grafeno e diferentes tipos de cerâmica para aumentar ainda mais seu desempenho. A pesquisa foi publicada na revista Matter.


Fonte: New Atlas

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