.
Os cientistas fizeram um avanço significativo na compreensão e superação dos desafios associados aos materiais catódicos ricos em níquel usados em baterias de íon-lítio.
Esses materiais têm potencial para atingir altas tensões e capacidades, mas suas aplicações práticas têm sido prejudicadas por instabilidades estruturais e perda de oxigênio.
Seu estudo revelou que a formação de ‘buracos de oxigênio’ – onde um íon de oxigênio perde um elétron – desempenha um papel crucial na degradação de LiNiO2 cátodos acelerando a liberação de oxigênio que pode então degradar ainda mais o material do cátodo.
Usando um conjunto de técnicas computacionais de ponta em supercomputadores regionais do Reino Unido, os pesquisadores examinaram o comportamento do LiNiO2 cátodos à medida que são carregados. Eles descobriram que, durante o carregamento, o oxigênio no material sofre alterações, enquanto a carga de níquel permanece essencialmente inalterada.
O co-autor Prof Andrew J. Morris, da Universidade de Birmingham, comentou: “Descobrimos que a carga dos íons de níquel permanece em torno de +2, independentemente de estar em sua forma carregada ou descarregada. Ao mesmo tempo, a carga do oxigênio varia de -1,5 a cerca de -1.
“Isso é incomum, o modelo convencional assume que o oxigênio permanece em -2 durante o carregamento, mas essas mudanças mostram que o oxigênio não é muito estável e encontramos um caminho para ele deixar o cátodo rico em níquel.”
Os pesquisadores compararam seus cálculos com dados experimentais e descobriram que seus resultados estavam bem alinhados com o que foi observado. Eles propuseram um mecanismo de como o oxigênio é perdido durante esse processo, envolvendo a combinação de radicais de oxigênio para formar um íon peróxido, que é então convertido em gás oxigênio, deixando lacunas no material. Esse processo libera energia e forma oxigênio singleto, uma forma altamente reativa de oxigênio.
“Potencialmente, adicionando dopantes que reduzem redox de oxigênio, ao mesmo tempo em que promovem redox de metais de transição particularmente na superfície, mitigando a geração de oxigênio singleto, podemos aumentar a estabilidade e a longevidade desse tipo de bateria de íon-lítio, abrindo caminho para sistemas de armazenamento de energia mais eficientes e confiáveis”, acrescenta a primeira autora, Annalena Genreith-Schriever, da Universidade de Cambridge.
As baterias de íons de lítio são amplamente utilizadas para várias aplicações devido à sua alta densidade de energia e capacidade de recarga, mas os desafios associados à estabilidade dos materiais catódicos prejudicaram seu desempenho geral e vida útil.
Pesquisadores das Universidades de Birmingham, Cambridge, Warwick, bem como da The Faraday Institution, Didcot, publicaram suas descobertas hoje (19 de julho) em Joule.
.
