sexta-feira, 17 de julho de 2020

Cientistas criam baterias onde substituíram o lítio pelo sódio


Uma equipa internacional de cientistas da NUST MISIS, da Academia Russa de Ciências e da Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf descobriu que, em vez de lítio (Li), o sódio (Na) "empilhado" de uma maneira especial pode ser usado para a produção de baterias. 
As baterias de sódio seriam significativamente mais baratas e equivalentes ou ainda ocupando menos espaço que as baterias de lítio existentes. 
Os resultados do estudo são publicados na revista Nano Energy .



Bateria-littium
Photo//Samsung


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É difícil ver a vida moderna sem as baterias de íons de lítio. Essas baterias são usadas em praticamente tudo: em smartphones,laptops, câmaras, bem como em vários tipos de veículos e naves espaciais. As baterias de íon de lítio entraram no mercado em 1991 e, em 2019, seus inventores receberam o Prêmio Nobel de química por sua contribuição revolucionária ao desenvolvimento da tecnologia. Ao mesmo tempo, o lítio é um metal alcalino caro e suas reservas são limitadas globalmente. Atualmente, não há alternativa remotamente eficaz para baterias de íon-lítio. Devido ao fato de o lítio ser um dos elementos químicos mais leves, é muito difícil substituí-lo para criar baterias.

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A equipe de cientistas da NUST MISIS, da Academia Russa de Ciências e do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, liderada pelo professor Arkadiy Krashennikov, propõe uma alternativa. Eles descobriram que se os átomos dentro da amostra forem"empilhados" de uma certa maneira, outros metais alcalinos, alem do lítio, também demonstram alta intensidade de energia. O substituto mais promissor para o lítio é o sódio (Na), uma vez que um arranjo de duas camadas de átomos de sódio em sanduíche de bigraphen demonstra capacidade de ânodo comparável à capacidade de um ânodo de grafite convencional em baterias de íon de lítio, cerca de 335 mA * h / g contra 372 mA * h / g para lítio. No entanto, o sódio é muito mais comum que o lítio e, portanto, mais barato e mais facilmente obtido.




Uma maneira especial de empilhar átomos é colocá-los um acima do outro. Essa estrutura é criada transferindo átomos de um pedaço de metal para o espaço entre duas folhas de grafeno sob alta tensão, o que simula o processo de carregamento de uma bateria. No final, parece uma sanduíche composta por uma camada de carbono, duas camadas de metal alcalino e outra camada de carbono.
Ilya Chepkasov, investigadora do Laboratório de Nanomateriais Inorgânicos NUST MISIS, diz: "Durante muito tempo, acreditava-se que os átomos de lítio nas baterias só poderiam estar localizados numa camada, caso contrário, o sistema seria instável. Colegas alemães mostraram que, com uma cuidadosa seleção de métodos, é possível criar estruturas de lítio estáveis ​​em multicamadas entre as camadas de grafeno, o que abre amplas perspetivas para o aumento da capacidade de tais estruturas com outros metais alcalinos, incluindo sódio."

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Zakhar Popov, investigador do Laboratório de Nanomateriais Inorgânicos e RAS da NUST MISIS, diz: "A nossa simulação mostra que os átomos de lítio se ligam muito mais fortemente ao grafeno, mas aumentar o número de camadas de lítio leva a menos estabilidade. A tendência oposta é observada em o caso do sódio, à medida que o número de camadas de sódio aumenta, a estabilidade de tais estruturas aumenta, por isso esperamos que esses materiais sejam obtidos na experiencia ".
O próximo passo da equipa de pesquisa é criar uma amostra experimental e estudá-la em laboratório. Isso será tratado no Instituto Max Planck de Pesquisa de Estado Sólido, Stuttgart, Alemanha. Se for bem-sucedido, poderá levar a uma nova geração de baterias de Na que serão significativamente mais baratas e equivalentes que as baterias de íon de lítio.

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Referencia//Phys




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