Veículos elétricos e economia de energia renovável também são necessários para a tecnologia de bateria acessível e sustentável, como uma demanda global. Uma nova pesquisa liderada por pesquisadores da Ciência e Nanoinaginning da Universidade da Universidade de Rice lançou uma solução inovadora, incluindo aliados da Universidade Bailer e Educação e Pesquisa em Ciências da Índia, que podem afetar a tecnologia eletrônica de economia de energia química. A pesquisa foi publicada recentemente na revista Materiais funcionais desenvolvidosO
Usando uma sub -produção de uma indústria de petróleo e gás, a equipe trabalhou com estrutura gráfica pura de materiais de carbono de tamanho exclusivo -pequeno cone e disco -. Essas formas anormais produzidas através da pirólise de hidrocarbonetos podem ajudar a enfrentar os desafios crônicos para o ânodo na pesquisa de bateria: como economizar energia com ingredientes como sódio e potássio, que é muito mais barato e amplamente disponível que o lítio.
“Durante anos, sabemos que o sódio e o potássio são alternativas interessantes ao lítio”, disse o professor de engenharia de arroz Benjamin M e Mary Greenwood Anderson Professor Pullekle Ajayan. “Mas o desafio está sempre procurando materiais de ânodo à base de carbono que possam armazenar com esses íons maiores com eficiência”.
Para quebrar a barreira de grafite
As baterias de íons de lítio de dição dependem da grafite como ingredientes do ânodo. No entanto, no caso de sódio ou potássio, a mesma estrutura de grafite falha. Seus átomos são muito grandes e muito complicados para deslizar o interior e o exterior da grafite camadas fortemente embaladas.
No entanto, a equipe encontrou um local de trabalho, no entanto, reescreva a forma de carbono no nível microscópico. As estruturas de cone e disco oferecem curvatura e lacunas que recebem íons de sódio e potássio sem a necessidade de doping químico (o processo de adicionar pequenas quantidades de átomos ou moléculas para alterar suas propriedades) ou outras alterações artificiais.
“Estamos surpresos ao ver o quão bem essas estruturas gráficas curvas foram executadas”, disse Atin Pramanik, o primeiro autor do laboratório de Ajay, o primeiro autor. “Mesmo além do heterotoma, eles permitem a interconexão oposta dos íons de sódio e fizeram isso com pressão estrutural mínima”.
Durável, Salinha e Verde
No exame de laboratório, o cone de carbono e o disco usam íons de sódio por grama (MAH/G), armazenaram cerca de 230 taxas de hora de miliam e ainda possuem 151 mAh/g mesmo após o ciclo de carregamento rápido de 2.000. Eles também funcionaram bem com baterias de íon de potássio, mas o desempenho como o sódio não era tão forte.
Os elétrons de transmissão criogênica são técnicas avançadas de imagem, como microscopia e ressonância magnética nuclear de aço sólido, confirmaram que os íons estão entrando e partindo na estrutura do carbono, como esperado, e esse material é moldado sobre os milhares de cargas de seleção.
Pramanik disse: “Este é um dos primeiros protestos claros da interconexão de íons de sódio em materiais gráficos puros com essa estabilidade nacional”. “Desafia essa crença de que a grafite autêntica não pode funcionar com sódio”.
Seus efeitos são amplos. Não é apenas uma maneira de baterias de íons de sódio mais acessíveis, mas também reduz a dependência do lítio, o que é mais caro para a fonte e a geopoliticamente se tornando mais complexa. E como o cone/disco pode ser sintetizado a partir da indústria de petróleo e gás carbono pelos produtores por by -produtos, ele representa uma rota mais durável para a produção de ânodo de bateria.
Um ponto de virada para o design da bateria
Embora a maioria dos estudos nessa região tenha se concentrado em carbono duro ou materiais dopados, o novo estudo foi identificado como importante na estratégia – enfatizando mudanças químicas.
“Acreditamos que essa descoberta abre um novo espaço de design para ânodo de bateria”, disse Ajayan. “Em vez de mudar a química, estamos mudando o tamanho e é provado que seja tão atraente” “
“Não estamos apenas desenvolvendo um melhor material da bateria”, disse Pramanik. “Estamos fornecendo uma maneira real de economia de energia que é limpador, barata e mais amplamente disponível para todos” “
Esta pesquisa apoiou o Omega Power e o financiamento do Departamento de Ciência e Tecnologia da Índia.
