Entre as tecnologias de bateria que se mostraram mais promissoras até agora estão as baterias de lítio-enxofre (Li-S), que contêm cátodos de enxofre e ânodos de lítio-metal. Essas baterias poderiam superar algumas das limitações associadas às reações de conversão em baterias de íon-lítio (LiBs), alcançando densidades de energia mais altas.
Apesar de suas possíveis vantagens, muitos designs de bateria Li-S introduzidos até agora não alcançaram os resultados desejados. Uma razão para isso é que o enxofre nas baterias precisa ser carregado em um host condutor, que normalmente é baseado em materiais que foram mal umedecidos por eletrólitos (por exemplo, a maioria dos carbonos). Isso prejudica a difusão de íons de lítio nas baterias, reduzindo sua capacidade e desempenho geral.
Pesquisadores da Universidade de Cambridge e da The Faraday Institution desenvolveram recentemente baterias Li-S de alto desempenho usando nanofolhas de dissulfeto de molibdênio de fase 1T metálica litiada (LixMoS2). Seu design, descrito em um artigo publicado na Nature Energy, oferece uma grande promessa para a criação de soluções de bateria de última geração que podem armazenar mais energia.
“Nosso artigo recente é sobre um novo material para baterias Li-S que pode levar a densidades de energia superiores”, disse Zhuangnan Li, um dos pesquisadores que realizou o estudo, ao Tech Xplore. “É baseado na fase metálica de um material bidimensional, no qual nosso grupo de pesquisa trabalha há mais de 10 anos.”
O design da bateria apresentado por Li e seus colegas se baseia nos esforços anteriores de pesquisadores da Universidade de Cambridge. Mais especificamente, a equipe desenvolveu eletrodos altamente promissores baseados em nanofolhas LixMoS2 para criar baterias Li-S que possuem inúmeras propriedades e características vantajosas.
“O ponto principal do nosso projeto foi usar uma quantidade mínima de eletrólito, mantendo a operação da bateria normal”, explicou Li. “Isso requer que o material hospedeiro de enxofre possua propriedades como alta condutividade elétrica, densidade, molhabilidade, polaridade para adsorção e atividade catalítica.”
Os pesquisadores descobriram que suas nanofolhas litiadas melhoraram significativamente a absorção de polissulfetos de lítio, além de aumentar o transporte de íons de lítio, acelerando as reações eletroquímicas e melhorando a atividade eletrocatalítica, que suporta a conversão de polissulfetos em baterias Li-S. Combinadas, essas vantagens resultaram em notáveis densidades de energia de 441 Wh kg−1 e 735 Wh l−1, permitindo que as baterias retivessem 85,2% de sua capacidade após 200 ciclos de operação.
“As baterias Li-S de alta energia e longa duração demonstradas neste trabalho têm grande potencial para a criação da próxima geração de dispositivos de armazenamento de energia”, acrescentou Li. “Agora planejamos fornecer mais conhecimento fundamental e sua tradução em tecnologia de bateria comercialmente viável.”
Em testes iniciais, o novo design de bateria Li-S apresentado por esta equipe de pesquisadores alcançou resultados altamente promissores, sugerindo que poderia ajudar a alcançar melhores desempenhos e maiores densidades de energia. Li e seus colegas agora estão realizando mais avaliações e explorando a possível comercialização de sua tecnologia.
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