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A procura por sistemas eficientes de armazenamento de energia está cada vez maior, especialmente devido ao recente surgimento de energias renováveis intermitentes e à adoção de veículos elétricos. Neste sentido, as baterias de lítio-enxofre (LSBs), que podem armazenar três a cinco vezes mais energia do que as tradicionais baterias de iões de lítio, surgiram como uma solução promissora.
Os LSBs usam lítio como ânodo e enxofre como cátodo, mas esta combinação apresenta desafios. Uma questão significativa é o “efeito de transporte”, no qual espécies intermediárias de polissulfeto de lítio (LiPS) formadas durante o ciclo migram entre o ânodo e o cátodo, resultando em desvanecimento da capacidade, baixo ciclo de vida e baixo desempenho da taxa. Outros problemas incluem a expansão do cátodo de enxofre durante a absorção de íons de lítio e a formação de espécies isolantes de lítio-enxofre e dendritos de lítio durante a operação da bateria. Embora várias estratégias, como compósitos catódicos, aditivos eletrolíticos e eletrólitos de estado sólido, tenham sido empregadas para enfrentar esses desafios, elas envolvem compensações e considerações que limitam o desenvolvimento adicional de LSBs.
Recentemente, nanoaglomerados metálicos atomicamente precisos, agregados de átomos metálicos variando de 1 a 3 nanômetros de tamanho, receberam atenção considerável na pesquisa de materiais, inclusive em LSBs, devido à sua alta capacidade de design, bem como estruturas geométricas e eletrônicas únicas. No entanto, embora muitas aplicações adequadas para nanopartículas metálicas tenham sido sugeridas, ainda não há exemplos de suas aplicações práticas. Agora, em um último estudo colaborativo publicado na revista Pequeno em 25 de agosto de 2023, uma equipe de pesquisadores do Japão e da China, liderada pelo professor Yuichi Negishi da Universidade de Ciências de Tóquio (TUS), aproveitou a propriedade de ligação à superfície e a atividade redox de nanoaglomerados de ouro (Au) dopados com platina (Pt), Au24Pt(PET)18 (PET: feniletanotiolato, SCH2CH2Ph), como eletrocatalisador de alta eficiência em LSBs. O trabalho é de coautoria do Professor Assistente Saikat Das da TUS e do Professor Deyan He e do Professor Associado Júnior Dequan Liu da Universidade de Lanzhou, China.
Os pesquisadores prepararam compósitos de Au24Pt(PET)18 e nanofolhas de grafeno (G) com grande área superficial específica, alta porosidade e rede condutora, utilizando-as para desenvolver um separador de bateria que acelera a cinética eletroquímica no LSB. “Os LSBs montados usando o Au24Pt(PET)18O separador baseado em @G prendeu os LiPSs, inibiu a formação de dendritos de lítio e melhorou a utilização de enxofre, demonstrando excelente capacidade e estabilidade de ciclagem”, destaca o Prof. Negishi. A bateria mostrou uma alta capacidade específica reversível de 1535,4 mA hg−1 para o primeiro ciclo a 0,2 A g−1 e uma capacidade de taxa excepcional de 887 mA hg−1 a 5 A g−1. Além disso, a capacidade retida após 1000 ciclos a 5 A g−1 foi de 558,5 mAhg−1.
Estes resultados destacam as vantagens do uso de nanopartículas metálicas em LSBs. Incluem maior densidade energética, ciclo de vida mais longo, características de segurança melhoradas e um impacto ambiental reduzido dos LSBs, tornando-os mais ecológicos e competitivos com outras tecnologias de armazenamento de energia.
“LSBs com nanoclusters de metal podem encontrar aplicações em veículos elétricos, eletrônicos portáteis, armazenamento de energia renovável e outras indústrias que exigem soluções avançadas de armazenamento de energia. Além disso, espera-se que este estudo abra caminho para LSBs totalmente de estado sólido com funcionalidades mais inovadoras ”, destaca o Prof. Negishi. Num futuro próximo, a tecnologia proposta pode levar a dispositivos de armazenamento de energia económicos e duradouros. Isto ajudaria a reduzir as emissões de carbono e apoiaria a adopção de energias renováveis, promovendo a sustentabilidade.
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