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A maioria das baterias recarregáveis que alimentam dispositivos portáteis, como brinquedos, aspiradores de pó portáteis e e-bikes, usam tecnologia de íons de lítio. Mas essas baterias podem ter vida útil curta e podem pegar fogo quando danificadas. Para abordar questões de estabilidade e segurança, pesquisadores relatam em Cartas de energia ACS projetaram uma bateria de lítio-enxofre (Li-S) que apresenta um cátodo de sulfeto de ferro aprimorado. Um protótipo permanece altamente estável ao longo de 300 ciclos de carga-descarga, e outro fornece energia mesmo após ser dobrado ou cortado.
O enxofre foi sugerido como um material para baterias de íons de lítio devido ao seu baixo custo e potencial para reter mais energia do que óxidos de lítio-metal e outros materiais usados em versões tradicionais baseadas em íons. Para tornar as baterias de Li-S estáveis em altas temperaturas, os pesquisadores propuseram anteriormente usar um eletrólito à base de carbonato para separar os dois eletrodos (um cátodo de sulfeto de ferro e um ânodo contendo metal de lítio). No entanto, à medida que o sulfeto no cátodo se dissolve no eletrólito, ele forma um precipitado impenetrável, fazendo com que a célula perca capacidade rapidamente. Liping Wang e colegas se perguntaram se poderiam adicionar uma camada entre o cátodo e o eletrólito para reduzir essa corrosão sem reduzir a funcionalidade e a recarregabilidade.
A equipe revestiu cátodos de sulfeto de ferro em diferentes polímeros e descobriu em testes iniciais de desempenho eletroquímico que o ácido poliacrílico (PAA) teve melhor desempenho, mantendo a capacidade de descarga do eletrodo após 300 ciclos de carga-descarga. Em seguida, os pesquisadores incorporaram um cátodo de sulfeto de ferro revestido com PAA em um projeto de protótipo de bateria, que também incluía um eletrólito à base de carbonato, uma folha de metal de lítio como fonte de íons e um ânodo à base de grafite. Eles produziram e testaram protótipos de baterias de célula tipo bolsa e de célula tipo moeda.
Após mais de 100 ciclos de carga-descarga, Wang e colegas não observaram nenhuma queda substancial de capacidade na célula de bolsa. Experimentos adicionais mostraram que a célula de bolsa ainda funcionava após ser dobrada e cortada ao meio. A célula tipo moeda reteve 72% de sua capacidade após 300 ciclos de carga-descarga. Em seguida, eles aplicaram o revestimento de polímero a cátodos feitos de outros metais, criando baterias de lítio-molibdênio e lítio-vanádio. Essas células também tinham capacidade estável ao longo de 300 ciclos de carga-descarga. No geral, os resultados indicam que os cátodos revestidos poderiam produzir não apenas baterias Li-S mais seguras com longa vida útil, mas também baterias eficientes com outros sulfetos metálicos, de acordo com a equipe de Wang.
Os autores reconhecem o financiamento da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China; da Fundação de Ciências Naturais de Sichuan, China; e do Laboratório Nacional de Física da Matéria Condensada de Pequim.
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