Superóxido dá lítio

DOE/Laboratório Nacional de Argonne

imagem: A correspondência de rede entre LiO2 e Ir3Li pode ser responsável pelo produto de descarga de LiO2 encontrado no material do cátodo Ir-rGO.Veja mais

Crédito: Argonne/Larry Curtiss

Embora as baterias de iões de lítio tenham transformado a nossa vida quotidiana, os investigadores estão atualmente a tentar encontrar novos produtos químicos que possam oferecer possibilidades energéticas ainda melhores. Uma dessas substâncias químicas, o lítio-ar, poderia prometer maior densidade energética, mas também apresenta algumas desvantagens.

Agora, graças à pesquisa do Laboratório Nacional Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE), uma dessas desvantagens pode ter sido superada.

Todos os trabalhos anteriores com baterias de lítio-ar mostraram o mesmo fenômeno: a formação de peróxido de lítio (Li2O2), um precipitado sólido que obstruiu os poros do eletrodo.

Em um experimento recente, no entanto, os cientistas da bateria Argonne Jun Lu, Larry Curtiss e Khalil Amine, juntamente com colaboradores americanos e coreanos, foram capazes de produzir superóxido de lítio cristalizado estável ((LiO2) em vez de peróxido de lítio durante a descarga da bateria. Ao contrário do peróxido de lítio, o superóxido de lítio pode se dissociar facilmente em lítio e oxigênio, levando a alta eficiência e bom ciclo de vida.

“Esta descoberta realmente abre um caminho para o desenvolvimento potencial de um novo tipo de bateria”, disse Curtiss. "Embora sejam necessárias muito mais pesquisas, o ciclo de vida da bateria é o que procurávamos."

A principal vantagem de uma bateria baseada em superóxido de lítio, explicaram Curtiss e Amine, é que ela permite, pelo menos em teoria, a criação de uma bateria de lítio-ar que consiste no que os químicos chamam de “sistema fechado”. Os sistemas abertos requerem a ingestão consistente de oxigénio extra do ambiente, enquanto os sistemas fechados não o fazem - tornando-os mais seguros e eficientes.

“A estabilização da fase superóxido poderia levar ao desenvolvimento de um novo sistema de bateria fechada baseado em superóxido de lítio, que tem o potencial de oferecer verdadeiramente cinco vezes a densidade de energia do íon de lítio”, disse Amine.

Curtiss e Lu atribuíram o crescimento do superóxido de lítio ao espaçamento dos átomos de irídio no eletrodo usado no experimento. “Parece que o irídio servirá como um bom modelo para o crescimento do superóxido”, disse Curtiss.

“No entanto, este é apenas um passo intermediário”, acrescentou Lu. "Temos que aprender como projetar catalisadores para entender exatamente o que está envolvido nas baterias de lítio-ar."

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Os pesquisadores confirmaram a falta de peróxido de lítio usando difração de raios X fornecida pela Advanced Photon Source, uma instalação de usuário do DOE Office of Science localizada em Argonne. Eles também receberam alocações de tempo no supercomputador Mira no Argonne Leadership Computing Facility, que também é um DOE Office of Science User Facility. Os pesquisadores também realizaram alguns dos trabalhos no Centro de Materiais em Nanoescala de Argonne, que também é uma instalação de usuário do DOE Office of Science.

Um estudo baseado na pesquisa foi publicado na edição de 11 de janeiro da revista Nature.

O trabalho foi financiado pelo Escritório de Eficiência Energética e Energia Renovável e pelo Escritório de Ciência do DOE.

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