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O mercado de baterias recarregáveis está crescendo rapidamente, mas as matérias-primas necessárias são limitadas. As baterias de íons de sódio, por exemplo, podem oferecer uma alternativa. Um grupo de pesquisa conjunto da HZB e da Humboldt-Universität zu Berlin investigou novas combinações de soluções eletrolíticas e materiais de eletrodos para essa finalidade.
“Ao contrário das baterias de íons de lítio, que se baseiam no armazenamento de íons de lítio nos eletrodos positivo e negativo da bateria, trabalhamos por um lado com íons de sódio, pois também ocorrem no sal de mesa barato. Por outro lado, armazenamos os íons de sódio junto com sua casca de solvato, ou seja, moléculas de solvente da solução eletrolítica que separam os dois eletrodos. Isso permite realizar reações de armazenamento completamente novas”, explica o Prof. Philipp Adelhelm, que lidera o grupo de pesquisa “operando análise de bateria”, que foi fundada conjuntamente pela Universidade Humboldt e pela Helmholtz-Zentrum Berlin em 2020.
O armazenamento de íons quando acompanhado por sua camada de solvatação em uma rede cristalina é chamado de cointercalação. Até este ponto, este conceito estava limitado ao eletrodo negativo da bateria de íons de sódio. Agora, os pesquisadores de Adelhelm conseguiram estender o conceito ao eletrodo positivo da bateria. Dr. Guillermo A. Ferrero, primeiro autor da publicação, explica: “Com dissulfeto de titânio e grafite, combinamos pela primeira vez dois materiais que absorvem e liberam o mesmo solvente durante o carregamento e descarregamento da bateria”. Os cientistas puderam observar mudanças no material durante o carregamento e descarregamento por meio de medições operando realizadas no X-Ray Core Lab em HZB no LIMAX 160. Isso os ajudou a atribuir o mecanismo de cointercalação dentro da bateria. Eles poderiam então usar esse novo conhecimento para realizar uma bateria com dois eletrodos que dependem da cointercalação reversível de moléculas de solvente.
“Ainda estamos nos estágios iniciais de compreensão das implicações das baterias de co-intercalação. Mas há algumas vantagens possíveis que podemos vislumbrar”, explica a Dra. Katherine A. Mazzio, HZB: O processo de co-intercalação pode melhorar sobre a eficiência, permitindo um melhor desempenho em baixas temperaturas. Também poderia ser utilizado para melhorar conceitos alternativos de células, como o uso de íons multivalentes em vez de armazenamento de Li+ ou Na+ que são particularmente sensíveis à camada de solvatação.”
Este projeto recebeu financiamento do Conselho Europeu de Pesquisa (ERC) no âmbito do programa de pesquisa e inovação Horizonte 2020 da União Europeia (convênio de subvenção nº. [864698]SEMENTE).
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.
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