Os investigadores desenvolvem uma estratégia invulgar para aumentar o desempenho das baterias
Perfeitamente imperfeito: a desordem nos materiais permite o carregamento ultrarrápido
Dr. Nicola Pinna e a Dr.ª Patrícia Russo do Departamento de Química da Humboldt-Universität zu Berlin (HU), os cientistas conseguiram perturbar a ordem atómica das baterias de uma forma direcionada. O resultado: ânodos de alto desempenho para baterias de iões de lítio e sódio com uma velocidade de carregamento e estabilidade excecionalmente elevadas - um passo decisivo para sistemas de armazenamento de energia mais seguros e duradouros.
A imperfeição como ferramenta na conceção de materiais
Os materiais tradicionais para baterias baseiam-se em estruturas cristalinas altamente ordenadas para proporcionar vias previsíveis para o transporte de iões. No entanto, essa perfeição tem muitas vezes o custo da rigidez estrutural, da mobilidade limitada dos iões e do fraco desempenho a taxas de carga elevadas. Em dois estudos publicados nas revistas Nature Communications e Advanced Materials, os investigadores conseguiram inverter o paradigma: a sua investigação mostra que a desordem direcionada - e não a ordem - pode melhorar a condutividade iónica, aumentar a estabilidade do ciclo e desbloquear novos mecanismos de armazenamento das baterias. Ao afastar-se das regras de conceção convencionais, a abordagem da equipa poderá redefinir as estratégias de conceção de materiais em todo o campo. "Os nossos resultados mostram que a imperfeição direcionada pode ser uma ferramenta poderosa na conceção de materiais", afirma o Professor Nicola Pinna. A Dra. Patrícia Russo acrescentou: "Ao quebrar deliberadamente a ordem atómica, estamos a abrir caminhos completamente novos para baterias de alto desempenho mais potentes, mais duradouras e, por conseguinte, mais sustentáveis".
Novas perspectivas para carros eléctricos, armazenamento de dados e tecnologia de baterias
A equipa desenvolveu novos materiais para baterias mais potentes e duradouras através da desordem estrutural nos óxidos de nióbio-tungsténio e da amorfização controlada - que descreve a transição do material para um estado desordenado - no niobato de ferro. Foi produzido um material particularmente durável para baterias de iões de lítio: Mesmo após 1.000 ciclos de carga, mantém-se uma grande parte do desempenho original. Foi também desenvolvido um novo tipo de material para baterias de iões de sódio, uma alternativa mais amiga do ambiente. Este material altera-se significativamente quando é carregado pela primeira vez, mas mantém estruturas importantes. O resultado é uma capacidade de armazenamento muito elevada e uma longa vida útil de mais de 2600 ciclos de carga com quase o mesmo desempenho.
A combinação de ânodos de lítio desordenados e ânodos de sódio amorfos abre novas perspectivas para veículos eléctricos de carregamento ultrarrápido, soluções de armazenamento estacionário para energias renováveis e alternativas seguras às anteriores tecnologias de baterias. Os estudos sublinham o potencial dos princípios de conceção atómica para resolver problemas energéticos globais.
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Publicação original
Liu, Y., Buzanich, A. G., Montoro, L. A., Liu, H., Liu, Y., Emmerling, F., Russo, P. A., Pinna, N. „A Partially Disordered Crystallographic Shear Block Structure as Fast-Charging Anode Material for Lithium-Ion Batteries.“ Nat. Commun. 16, 6507 (2025).
Liu, Y., Buzanich, A. G., Alippi, P., Montoro, L. A., Lee, K-S., Jeon, T., Weißer, K., Karlsen, M.A., Russo, P. A., Pinna, N.; ‘FeNb2O6 as a High-Performance Anode for Sodium-Ion Batteries Enabled by Structural Amorphization Coupled with NbO6 Local Ordering.’ Adv. Mater. e04100, (2025)
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