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O óxido de lítio-cobalto em camadas, um componente-chave das baterias de íon-lítio, foi sintetizado em temperaturas tão baixas quanto 300°C e durações tão curtas quanto 30 minutos.
As baterias de íon de lítio (LIB) são o tipo de bateria mais comumente usado em eletrônicos de consumo e veículos elétricos. Óxido de lítio-cobalto (LiCoO2) é o composto usado para o cátodo em LIB para eletrônicos portáteis. Tradicionalmente, a síntese deste composto requer temperaturas superiores a 800°C e leva de 10 a 20 horas para ser concluída.
Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Hokkaido e da Universidade de Kobe, liderada pelo professor Masaki Matsui da Faculdade de Ciências da Universidade de Hokkaido, desenvolveu um novo método para sintetizar óxido de lítio-cobalto em temperaturas tão baixas quanto 300°C e durações tão curtas quanto 30 minutos. Suas descobertas foram publicadas na revista Química Inorgânica.
“O óxido de lítio-cobalto normalmente pode ser sintetizado em duas formas”, explica Matsui. “Uma forma é a estrutura de sal rochoso em camadas, chamada de fase de alta temperatura, e a outra forma é a estrutura de espinélio, chamada de fase de baixa temperatura. O LiCoO em camadas2 é usado em baterias de íon-lítio.”
Usando hidróxido de cobalto e hidróxido de lítio como materiais de partida, com hidróxido de sódio ou potássio como aditivo, a equipe conduziu uma série de experimentos de alta precisão sob condições variadas para sintetizar LiCoO em camadas.2 cristais. O processo foi denominado “processo de hidrofluxo”. Eles também foram capazes de determinar a via de reação que levou à formação dos cristais em camadas.
“Ao compreender o caminho da reação, fomos capazes de identificar os fatores que promoveram o crescimento cristalino do LiCoO em camadas2“, disse Matsui. “Especificamente, a presença de moléculas de água nos materiais de partida melhorou significativamente a cristalinidade do produto final.”
A equipe também mediu as propriedades eletroquímicas do LiCoO em camadas2mostrando que eles eram apenas marginalmente inferiores aos do LiCoO comercialmente disponível2 sintetizado pelo método tradicional de alta temperatura.
“Este trabalho é a primeira demonstração experimental da estabilidade termoquímica de LiCoO em camadas2 em baixas temperaturas sob pressão ambiente”, conclui Matsui. “Nosso desenvolvimento deste processo Hydroflux permitirá medidas de economia de energia em vários processos de produção de cerâmica. Nossos próximos passos imediatos serão a melhoria do processo de hidrofluxo com base em nossa compreensão do caminho da reação.”
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