Nanocristais de estanho para bateria futura

Baterias recarregáveis ​​de íon-lítio As baterias de íon-lítio (íon-lítio) são as baterias recarregáveis ​​mais comuns em eletrônicos portáteis. As baterias de íon de lítio têm uma das melhores densidades de energia, nenhum efeito de memória, perda lenta de carga quando não em uso e ambientalmente seguras porque não há metal de lítio livre, em comparação com outros tipos de baterias recarregáveis. As baterias recarregáveis ​​de íon de lítio são a mídia de armazenamento leve e compacta preferida para armazenar uma grande quantidade de energia em um espaço pequeno. Eles fornecem energia para carros elétricos, bicicletas elétricas, smartphones e laptops. Globalmente, os pesquisadores estão atualmente no processo de desenvolvimento de uma nova geração dessas baterias com um desempenho aprimorado. Na maioria das baterias de íon de lítio hoje em dia, o pólo positivo é composto pelos óxidos de metal de transição cobalto, níquel e manganês, o pólo negativo da grafite. Em baterias de íon de lítio mais potentes da próxima geração, no entanto, elementos como estanho ou silício podem muito bem ser usados ​​no pólo negativo.
Baterias de íon de lítio baseadas em nanomateriais
Pesquisadores do Laboratório de Química Inorgânica da ETH Zurich e da Empa desenvolveram agora baterias de íon de lítio baseadas em nanomateriais.
Estrutura
O nanomaterial tem minúsculos cristais de estanho como ânodo da bateria. Durante o carregamento, os íons de lítio são absorvidos neste eletrodo e liberados novamente durante a descarga. Com mais íons de lítio, os eletrodos podem absorver e liberar e, portanto, mais energia pode ser armazenada na bateria. Aqui, cada átomo de estanho pode absorver pelo menos quatro íons de lítio, mas muda de volume. Nos eletrodos de estanho, os cristais de estanho se tornam até três vezes maiores ao absorverem muitos íons de lítio e encolhem novamente quando são liberados, o que é um desafio para os pesquisadores. Se o eletrodo fosse feito de um bloco compacto de estanho, isso seria praticamente impossível. Para superar essa desvantagem, os pesquisadores usam a nanotecnologia para produzir os menores e uniformes nanocristais de estanho e incorporam um grande número deles em uma matriz de carbono permeável condutiva e porosa.
Durante o desenvolvimento do nanomaterial com tamanho e uniformidade ideais os pesquisadores seguem duas etapas durante a formação do pequeno núcleo de cristal e seu posterior crescimento, influenciando o tempo e a temperatura da fase de crescimento.
Desenvolvimento futuro
Com a escolha da melhor matriz de carbono possível e agente de ligação para os eletrodos, e uma estrutura microscópica ideal para eletrodos, juntamente com um líquido eletrólito ideal e estável no qual os íons de lítio podem viajar para frente e para trás entre os dois pólos o pesquisador acredita que materiais básicos com boa relação custo-benefício adequados para a produção de eletrodos com maior capacidade de armazenamento de energia e vida útil podem ser produzidos.