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Energia

Mistério de décadas sobre baterias de lítio é desvendado

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/09/2020

Mistério de décadas sobre baterias de lítio é desvendado
Os óxidos dos metais de transição têm um modo peculiar de armazenar elétrons.
[Imagem: Qiang Li et al. - 10.1038/s41563-020-0756-y]

Óxidos de metais de transição

Sim, as baterias estão por aí há décadas, funcionam bem e logo dominarão o mundo, cobrindo o setor de transportes e viabilizando o armazenamento de energias renováveis.

Curiosamente, isso não significa que entendemos tudo sobre baterias - ou mesmo os meandros do seu funcionamento.

Há anos, físicos e químicos tentam entender um grupo de óxidos metálicos - metais "enferrujados", por assim dizer - que se mostraram promissores como materiais para a próxima geração de baterias devido à sua misteriosa capacidade de armazenar significativamente mais energia do que deveria ser possível.

Eles são chamados de óxidos de metais de transição, compostos que incluem o oxigênio ligado a metais de transição, como ferro, níquel e zinco.

Acontece que a energia pode ser armazenada dentro desses óxidos - ao contrário do que ocorre em uma bateria de íons de lítio, onde a energia entra e sai dos materiais ou altera suas estruturas cristalinas para armazenar a energia. E pesquisadores já demonstraram que a capacidade de carga adicional também pode ser armazenada na superfície de nanopartículas de ferro formadas durante uma série de processos eletroquímicos comuns.

Armazenamento espacial de carga

Uma equipe internacional descobriu agora que esses óxidos metálicos possuem maneiras únicas de armazenar energia, diferentes dos mecanismos clássicos de armazenamento eletroquímico. E eles ainda descobriram vários tipos de compostos com até três vezes a capacidade de armazenamento de energia em comparação com os materiais usados hoje nas baterias de íons de lítio.

"Por quase duas décadas, a comunidade de pesquisa ficou perplexa com as capacidades anormalmente altas desses materiais, além de seus limites teóricos," comentou o professor Guihua Yu, da Universidade do Texas em Austin. "Este trabalho apresenta a primeira evidência experimental para mostrar que a carga extra é armazenada fisicamente dentro desses materiais por meio do mecanismo de armazenamento espacial de carga."

As análises, feitas por uma técnica chamada magnetometria, mostraram que os óxidos de metais de transição apresentam uma forte capacitância superficial nas nanopartículas metálicas que os formam, e essa capacitância permite que um grande número de elétrons se acumule nessas superfícies, explicando a carga extra dos materiais.

A descoberta não significa que melhores baterias de íons de lítio estarão disponíveis antes do fim da pandemia, mas o entendimento do fenômeno é essencial para sua exploração de forma consistente e robusta - as mais adiantadas em termos de desenvolvimento são as baterias de zinco-ar.

Bibliografia:

Artigo: Extra storage capacity in transition metal oxide lithium-ion batteries revealed by in situ magnetometry
Autores: Qiang Li, Hongsen Li, Qingtao Xia, Zhengqiang Hu, Yue Zhu, Shishen Yan, Chen Ge, Qinghua Zhang, Xiaoxiong Wang, Xiantao Shang, Shuting Fan, Yunze Long, Lin Gu, Guo-Xing Miao, Guihua Yu, Jagadeesh S. Moodera
Revista: Nature Materials
DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y





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