A caminho de uma nova geração de baterias
O mediador redox melhora o desempenho e a vida útil das baterias de Li-O2
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As baterias de lítio-ar poderiam ultrapassar as baterias de iões de lítio convencionais, uma vez que podem armazenar consideravelmente mais energia para o mesmo peso. Se for possível aumentar os seus valores de desempenho até agora apenas teoricamente elevados e a sua curta vida útil. Uma equipa chinesa propõe agora a adição de um catalisador solúvel ao eletrólito. Este actua como um mediador redox que facilita o transporte de carga e contraria a passivação do elétrodo.
Ao contrário das baterias de iões de lítio, em que os iões de lítio são "empurrados para trás e para a frente" entre dois eléctrodos, a bateria de lítio-ar (Li-O2) funciona com um ânodo feito de lítio metálico. Quando é utilizada, os iões de lítio com carga positiva são libertados e migram para o cátodo poroso através do qual circula o ar. O oxigénio é oxidado e transformado em peróxido de lítio (Li2O2). Durante o carregamento, o oxigénio é novamente libertado e os iões de lítio são reduzidos a lítio metálico, que é novamente depositado no ânodo. Infelizmente, os valores de desempenho excecionalmente elevados são apenas teóricos.
Na prática, os efeitos conhecidos como sobretensão abrandam as reacções electroquímicas: A formação e decomposição do Li2O2 insolúvel é lenta, e a sua condutividade eléctrica é também muito baixa. Os poros do cátodo também tendem a entupir-se e a alta tensão necessária para o desenvolvimento do oxigénio decompõe o eletrólito e provoca reacções secundárias indesejáveis. Como resultado, as baterias perdem a maior parte do seu desempenho após apenas alguns ciclos de carregamento.
A equipa liderada por Zhong-Shuai Wu do Instituto de Física Química de Dalian da Academia Chinesa de Ciências, em colaboração com Xiangkun Ma da Universidade Marítima de Dalian, propôs agora a adição de um novo tipo de sal de iodeto de imidazolilo (iodeto de 1,3-dimetilimidazólio, DMII) como aditivo que actua como catalisador e mediador redox para aumentar o desempenho e a vida útil.
Os iões de iodeto I- do sal podem reagir facilmente para I3- e vice-versa (par redox), transferindo electrões para o oxigénio (descarga) e recuperando-os (carga). Este transporte facilitado de carga acelera as reacções, reduz a sobretensão do cátodo e aumenta a capacidade de descarga da célula eletroquímica. Os iões DMI+ do sal contêm um anel de cinco membros com três átomos de carbono e dois átomos de azoto com electrões livremente móveis. Estes anéis "capturam" iões de lítio durante a descarga e transferem-nos eficazmente para o oxigénio no cátodo. Formam também uma camada limite ultrafina mas muito estável no ânodo, que impede o contacto direto entre o eletrólito e a superfície do lítio, minimizando assim a decomposição do eletrólito e as reacções secundárias, estabilizando o ânodo e aumentando assim a sua vida útil.
As células de teste eletroquímico da equipa mostraram-se promissoras, com apenas uma baixa sobretensão (0,52 V), elevada estabilidade de ciclo durante 960 horas e formação/decomposição altamente reversível de Li2O2 sem reacções laterais.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Alemão pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Jing Liu, Yuejiao Li, Yajun Ding, Lisha Wu, Jieqiong Qin, Tongle Chen, Caixia Meng, Feng Zhou, Xiangkun Ma, Zhong‐Shuai Wu; "A Bifunctional Imidazolyl Iodide Mediator of Electrolyte Boosts Cathode Kinetics and Anode Stability Towards Low Overpotential and Long‐Life Li‐O2 Batteries"; Angewandte Chemie International Edition, 2025-1-14
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