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Pesquisadores criam componente de bateria de última geração com infusão de grafeno

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Uma equipe de pesquisadores da Brown University descobriu uma maneira de usar o grafeno para dobrar a resistência de um material cerâmico usado para fazer baterias de íon-lítio de estado sólido.

O método tem o potencial de trazer os benefícios das baterias de estado sólido, que substituem os eletrólitos líquidos nas baterias atuais, para o mercado de massa.

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Baterias de íon-lítio de estado sólido

Nas últimas semanas, vimos notícias sobre baterias de íons de sódio e uma nova bateria de fase quântica para computação quântica. Agora, uma nova estratégia para criar baterias de íon-lítio de estado sólido mais seguras e resistentes oferece outra inovação no mundo em rápido crescimento de dispositivos eletrônicos, veículos e componentes de baterias.

"Há um grande interesse em substituir os eletrólitos líquidos nas baterias atuais por materiais cerâmicos porque são mais seguros e podem fornecer maior densidade de energia", explicou Christos Athanasiou, pesquisador de pós-doutorado na Escola de Engenharia de Brown e principal autor da pesquisa. lançamento.

"Até agora, as pesquisas com eletrólitos sólidos têm se concentrado na otimização de suas propriedades químicas. Com esse trabalho, estamos nos concentrando nas propriedades mecânicas, na esperança de torná-las mais seguras e práticas para uso generalizado."

O problema com eletrólitos líquidos

O eletrólito da bateria é a barreira entre o cátodo e o ânodo da bateria, através do qual fluem os íons de lítio durante o carregamento ou descarregamento. Embora os eletrólitos líquidos funcionem muito bem e sejam encontrados na maioria das baterias hoje, eles apresentam alguns problemas.

Em altas correntes, pequenos filamentos de metal de lítio podem se formar dentro dos eletrólitos, causando curto-circuito nas baterias. O fato de os eletrólitos líquidos serem altamente inflamáveis ​​também os torna perigosos, pois curtos-circuitos podem causar incêndios.

Um dos principais benefícios dos eletrólitos de cerâmica sólida é que eles não são inflamáveis. Eles também podem evitar a formação de filamentos de lítio, permitindo que as baterias operem com correntes mais altas.

Trabalhando com cerâmica

Para tentar superar o desafio de trabalhar com cerâmicas, que são altamente frágeis e podem quebrar durante o processo de fabricação, os pesquisadores queriam ver se infundir uma cerâmica com grafeno - um nanomaterial à base de carbono super forte - aumentaria a tenacidade do material, ao mesmo tempo que mantém as propriedades eletrônicas necessárias para a função do eletrólito.

Para esse fim, Athanasiou trabalhou com os professores de engenharia da Brown, Brian Sheldon e Nitin Padture, que têm anos de experiência no uso de nanomateriais para endurecer cerâmicas para uso na indústria aeroespacial.

"Você quer que o eletrólito conduza íons, não eletricidade", disse Padture. "O grafeno é um bom condutor elétrico, então as pessoas podem pensar que estamos dando um tiro no próprio pé ao colocar um condutor em nosso eletrólito. Mas, se mantivermos a concentração baixa o suficiente, podemos impedir que o grafeno conduza e ainda obteremos o benefício estrutural. "

Mais do que o dobro da resistência

Experimentos mostraram que o grafeno não interfere nas propriedades elétricas do material e que o compósito apresentou um aumento de mais de duas vezes na tenacidade quando comparado com a cerâmica sozinha.

No geral, os resultados do estudo, que foi publicado na revista Importam, mostram que os nanocompósitos podem fornecer um meio de fazer eletrólitos sólidos mais seguros com propriedades mecânicas que podem ser usados ​​em dispositivos e eletrodomésticos do dia a dia.

No futuro, o grupo pretende testar nanomateriais, além do grafeno, e diferentes tipos de eletrólito cerâmico.

"Até onde sabemos, este é o eletrólito sólido mais resistente que alguém já fez", disse Sheldon. "Acho que o que mostramos é que é muito promissor usar esses compostos em aplicações de bateria."


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