doi.org/10.1021/acscentsci.4c00578
Credibilidade: 999
#Baterias
Pesquisadores desenvolveram uma bateria de íons de lítio sustentável usando manganês, que pode revolucionar a indústria de veículos elétricos
Publicado na ACS Central Science, o estudo destaca um avanço no uso de LiMnO2 nanoestruturado com simetria monoclínica para melhorar o desempenho e a estabilidade da bateria sem a queda típica de tensão. Essa inovação não apenas aprimora os recursos de carregamento rápido, mas também aborda o problema de longa data da dissolução do manganês.
Baterias de íons de lítio à base de manganês:
As baterias de íons de lítio (ou Li-ion) são pesos pesados “”quando se trata do mundo das baterias recarregáveis. À medida que os veículos elétricos se tornam mais comuns no mundo, uma bateria de alta energia e baixo custo que utiliza a abundância de manganês (Mn) pode ser uma opção sustentável para se tornar comercialmente disponível e utilizada na indústria automobilística.
Atualmente, as baterias usadas para alimentar veículos elétricos (VEs) são à base de níquel (Ni) e cobalto (Co), o que pode ser caro e insustentável para uma sociedade com um desejo crescente por VEs. Ao trocar os materiais do eletrodo positivo para um material à base de lítio/manganês, os pesquisadores visam manter o alto desempenho dos materiais à base de Ni/Co, mas com um toque sustentável e de baixo custo.
Os pesquisadores publicarão seus resultados hoje (26 de agosto) na ACS Central Science.
Inovações em materiais de eletrodos
Baterias de íons de lítio não são novas no campo da eletrônica recarregável, mas sempre há maneiras de inovar e melhorar métodos já confiáveis. O LiMnO2 como material de eletrodo foi estudado no passado, mas sempre foi limitado pelo desempenho restritivo do eletrodo.
Por meio do estudo sistemático em diferentes polimorfos de LiMnO2, descobriu-se que o domínio em camadas monoclínico ativa efetivamente a transição estrutural para a fase semelhante a espinélio. A partir dessa descoberta, o LiMnO2 nanoestruturado com estruturas de domínio em camadas monoclínico e alta área de superfície foi sintetizado diretamente usando uma reação simples de estado sólido, – disse Naoaki Yabuuchi, autor e pesquisador do estudo.
Avanço em estruturas monoclínicas de LiMnO2:
Um sistema monoclínico se refere ao tipo de simetria de grupo de uma estrutura cristalina sólida. Um arranjo Li/Mn com a simetria monoclínica parece ser a chave para tornar o LiMnO2 uma opção viável para um material de eletrodo positivo. Sem a transição de fase estrutural que o domínio monoclínico permite, o desempenho do eletrodo seria limitado graças à estrutura cristalina subótima do LiMnO2 e às transições de fase que o acompanham.
Aprimorando o desempenho da bateria EV:
Após observar e testar os vários polimorfos, foi determinado que a estrutura necessária pode ser sintetizada diretamente a partir de dois componentes sem ter que usar uma etapa intermediária. O material resultante é competitivo com materiais em camadas à base de níquel e possui excelentes habilidades de carregamento rápido, o que é indispensável para veículos elétricos.
O LiMnO2 nanoestruturado com o domínio em camadas monoclínico é sintetizado por um processo de calcinação simples para produzir um produto com alta densidade de energia, atingindo 820 watts-hora por quilograma (Wh kg-1), em comparação com cerca de 750 Wh kg-1 para materiais em camadas à base de níquel e 500 Wh kg-1 para outros materiais de baixo custo à base de lítio.
Estabilidade e longevidade do LiMnO2 nanoestruturado:
Também não há relato de decaimento de voltagem usando LiMnO2 nanoestruturado, o que é comum em materiais à base de manganês. O decaimento de voltagem é um fenômeno no qual a voltagem diminui gradualmente, reduzindo ao longo do tempo o desempenho e a capacidade de resposta de um eletrônico. No entanto, não parece ser um problema observável no caso do LiMnO2 nanoestruturado, que é o assunto do estudo.
Abordando desafios práticos:
Embora haja resultados promissores, um problema prático pode ser observado: a dissolução do manganês. Com o tempo, o manganês pode se dissolver devido a muitos fatores, como mudanças de fase ou reação com soluções ácidas. Felizmente, isso pode ser contido ou completamente mitigado pelo uso de uma solução eletrolítica altamente concentrada e um revestimento de fosfato de lítio.
Os pesquisadores esperam que suas descobertas contribuam para uma fonte de energia mais sustentável do que os combustíveis fósseis, especialmente no que diz respeito aos veículos elétricos. O desempenho do LiMnO2, com sua densidade energética competitiva em comparação com materiais à base de níquel, demonstra o potencial que materiais alternativos podem ter para produzir produtos ecologicamente corretos que sejam sustentáveis “”tanto na produção quanto como um investimento de longo prazo. Um futuro ideal para materiais de eletrodos nanoestruturados à base de LiMnO2 envolveria comercialização e produção industrial na indústria de veículos elétricos de luxo.
Publicado em 30/08/2024 13h21
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