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 .
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| 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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