As lacunas de oxigénio transformam um mau condutor de iões num bom material para baterias
Aumento do transporte de iões demonstrado através da combinação da condutividade com a espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN)
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O titanato de lítio (LTO, Li₄Ti₅O₁₂) é um material bem estabelecido para baterias que, no seu estado inicial, é um mau condutor de iões de lítio. Só desenvolve elevada condutividade iónica durante o carregamento, quando iões de lítio e eletrões adicionais são incorporados no material. Bernhard Gadermaier e Martin Wilkening, do Instituto de Química e Tecnologia dos Materiais da TU Graz, adotaram agora uma abordagem totalmente diferente: transformaram o LTO puro, não litiado, na sua composição original, Li₄Ti₅O₁₂, num condutor de iões significativamente melhor, introduzindo deliberadamente defeitos na rede cristalina. Mais concretamente, removeram átomos de oxigénio individuais, criando assim vagas de oxigénio que ativam uma via de migração de iões de lítio anteriormente bloqueada. «Esta via de difusão já está pré-formada na estrutura do LTO, mas só é ativada pela estrutura com defeitos», explica Wilkening. Os resultados do estudo experimental foram publicados na revista «Science Advances».
O oxigénio (vermelho), o lítio (azul) e o titânio (cinzento) constituem, em conjunto, a estrutura cristalina do titanato de lítio, um material utilizado em baterias.
ICTM - TU Graz
Aquecimento numa atmosfera pobre em oxigénio
Para criar os defeitos no LTO, Gadermaier e Wilkening aqueceram o titanato de lítio a 300 graus Celsius numa atmosfera pobre em oxigénio. «Este processo de aquecimento suave remove átomos de oxigénio individuais da rede cristalina», explica Martin Wilkening. «As lacunas de oxigénio resultantes têm uma influência direta na mobilidade dos catiões de lítio e transformam o que era originalmente um mau condutor iónico num condutor significativamente melhor. O exemplo do LTO ilustra claramente a enorme influência que as estruturas de defeitos à escala atómica podem ter nas propriedades macroscópicas de um material.»
Verificação experimental exaustiva
Os investigadores demonstraram experimentalmente o aumento do transporte iónico, combinando a espectroscopia de condutividade com a espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN). As medições de RMN, em particular, forneceram provas experimentais diretas da via de difusão à escala atómica recém-ativada.
«O nosso estudo experimental demonstra que as propriedades de um sólido não são determinadas exclusivamente pela sua composição química, mas também, em grande medida, pela sua estrutura local de defeitos e pelo seu historial térmico», afirma Martin Wilkening. «Mostramos como a mobilidade de pequenos catiões de lítio pode ser controlada com precisão utilizando os conceitos clássicos da química dos defeitos aniônicos.»
A investigação básica como força motriz por trás de novas funções dos materiais
«Este trabalho é também um excelente exemplo de como a investigação fundamental impulsionada pela curiosidade científica, sem uma aplicação imediata em mente, pode conduzir a funções de materiais inteiramente novas», afirma Wilkening. «O controlo específico da condutividade iónica através da química dos defeitos abre perspetivas futuras para dispositivos iontrónicos, memristivos e neuromórficos na micro e nanoeletrónica.»
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 Inglês pode ser encontrado aqui.
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