Aumento de sete vezes no tempo de vida de baterias de estado sólido sem ânodo utilizando películas finas de MoS₂
A utilização de películas finas de MoS₂ com uma boa relação custo-eficácia em vez de metais nobres dispendiosos resolve os problemas de revestimento não uniforme de lítio e de instabilidade interfacial em baterias de estado sólido sem ânodo
Investigadores sul-coreanos desenvolveram uma tecnologia que melhora em sete vezes o tempo de vida das baterias de estado sólido sem ânodo (AFASSB) da próxima geração, utilizando um material bidimensional económico.
Uma equipa colaborativa liderada pelo Dr. Ki-Seok An e pelo Dr. Dong-Bum Seo do Instituto de Investigação de Tecnologia Química da Coreia (KRICT), juntamente com o grupo do Prof. Sangbaek Park na Universidade Nacional de Chungnam, aumentou com sucesso a durabilidade das AFASSBs aplicando uma camada sacrificial de bissulfureto de molibdénio (MoS₂) cultivada através da deposição de vapor químico orgânico metálico (MOCVD) em colectores de corrente de aço inoxidável (SUS).
As baterias de iões de lítio convencionais utilizam electrólitos líquidos e podem sofrer de crescimento de dendritos de lítio durante o carregamento - especialmente devido à deposição desigual de lítio na superfície do ânodo - que pode perfurar o separador e causar curto-circuitos ou fuga térmica. As baterias de estado sólido (SSBs), que substituem os electrólitos líquidos inflamáveis por electrólitos de estado sólido (SEs), oferecem maior segurança, maior densidade energética e desempenho estável a baixas temperaturas.
Indo um pouco mais longe, os AFASSBs eliminam totalmente o ânodo durante o fabrico. Em vez disso, os iões de lítio migram do cátodo durante a carga inicial e são depositados no coletor de corrente, formando uma camada de lítio. Esta estrutura maximiza a densidade energética ao reduzir o volume da célula. No entanto, a repetição da camada de lítio na interface SE-coletor de corrente (CC) conduz frequentemente à instabilidade interfacial e à redução do ciclo de vida. Embora tenham sido utilizados revestimentos de metais nobres (por exemplo, Ag, In) para estabilizar a interface, o seu elevado custo e processamento complexo impedem a comercialização.
Para superar esses desafios, os pesquisadores aplicaram filmes finos de nanofolhas de MoS₂ de baixo custo aos CCs do SUS usando MOCVD. Durante o ciclo, o MoS₂ sofre uma reação de conversão com lítio para formar metal Mo e sulfeto de lítio (Li₂S), que atuam como uma camada interfacial litiofílica. Esta camada intermediária ajuda a suprimir o crescimento dendrítico do lítio e melhora a estabilidade interfacial.
Nos testes, as baterias com CCs revestidas com MoS₂ demonstraram um funcionamento estável durante mais de 300 horas, enquanto as células que utilizavam SUS simples entraram em curto-circuito após cerca de 95 horas - uma melhoria de 3,2 vezes. As células completas com camadas de MoS₂ também alcançaram uma capacidade de descarga inicial 1,18 vezes maior (136,1 → 161,1 mAh/g) e uma retenção de capacidade sete vezes melhor (8,3% → 58,9% após 20 ciclos).
Embora ainda numa fase inicial de desenvolvimento, a equipa de investigação prevê a sua aplicação prática até 2032. Eles enfatizaram a importância de substituir metais nobres por MoS₂ de baixo custo no avanço dos AFASSBs. O presidente do KRICT, Young-Kuk Lee, declarou: "Esta é uma tecnologia central de próxima geração que pode acelerar a comercialização de baterias de estado totalmente sólido em várias aplicações".
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Publicação original
Dong-Bum Seo, Dohun Kim, Mee-Ree Kim, Jimin Kwon, Hyeong Jun Kook, Saewon Kang, Soonmin Yim, Sun Sook Lee, Dong Ok Shin, Ki-Seok An, Sangbaek Park; "Tailoring Artificial Solid Electrolyte Interphase via MoS2 Sacrificial Thin Film for Li-Free All-Solid-State Batteries"; Nano-Micro Letters, Volume 17, 2025-4-18
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