Baterias Lítio Oxigénio

Nova forma de armazenamento de energia vai permitir densidades de energia dez vezes maiores que as tradicionais baterias de lítio.

Investigadores do KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology) deram a conhecer um novo material de elétrodos para um dispositivo de armazenamento de energia avançado que se carrega diretamente com o oxigénio presente no ar.

Baterias de lítio-oxigénio

A equipa de investigadores liderada pelo Professor Jeung Ku Kang sintetizou e preservou partículas de aglomerados atómicos do tamanho de sub nanómetros com elevadas cargas de massa dentro de estruturas metal orgânicas (MOF, na sigla em inglês, Metal Organic Frameworks) que permitem controlar o comportamento dos reagentes a nível molecular.

Estratégia que vai proporcionar um rendimento elevado às baterias lítio-oxigénio, e que passa a ser denominada como uma tecnologia de armazenamento de energia de última geração e muito usada em veículos elétricos.

As baterias lítio-oxigénio podem, em teoria, gerar densidades de energia dez vezes maiores que as atuais baterias de iões de lítio, mas com um ciclo de carga bem mais baixo.

Como melhorar esse ciclo de carga?

Um dos métodos para melhorar a estabilidade do ciclo de carga é reduzir o potencial dos eletro catalisadores presentes nos elétrodos catódicos. Quando o tamanho de um material eletro catalisador é reduzido ao nível atómico, o aumento da energia na superfície leva a um aumento da atividade, ao mesmo tempo que a aglomeração do material é significativamente aumentada.

A solução, apresentada pelo Professor Kang, passou por manter a atividade através da estabilização dos eletro catalisadores de tamanho atómico presentes nos espaços sub nanométricos. É assim uma nova estratégia que permite produzir e estabilizar ao mesmo tempo eletro estabilizadores de nível atómico dentro das estruturas metal orgânicas (MOFs).

As estruturas metal orgânicas estão constantemente a juntar iões metálicos e ligadores orgânicos.

A equipa conseguiu controlar as propriedades do hidrogénio entre as moléculas de água, separando-as e transferindo as moléculas de água isoladas, uma a uma, através dos poros sub nanométricos das estruturas metal orgânicas.

As moléculas de águas transferidas reagem com os iões de cobalto, formando hidróxido de cobalto dinuclear sob condições bem controladas, assim o hidróxido de cobalto a nível atómico é estabilizado dentro dos poros sub nanométricos.

Bateria lítio oxigénio
Fig. 1 – Esquema do processo de formação dos complexos de água EG e ilustração do processo de penetração de uma molécula de água isolada

O hidróxido de cobalto dinuclear estabilizado dentro dos poros sub nanométricos das estruturas metal orgânicas reduz o sobrepotencial em cerca de 63,9%, melhorando o ciclo de carga em dez vezes.

Segundo Kang “a geração e estabilização simultânea de eletro catalisadores a nível atómico dentro dos MOFs podem diversificar os materiais de acordo com inúmeras combinações de ligações metálicas e orgânicas. Permitem diversificar não só o desenvolvimento de eletro catalisadores, mas também vários campos de investigação como foto catalisadores, medicina, meio ambiente e petroquímica”.

Ainda segundo o comunicado, o estudo foi publicado na revista cientifica “Advanced Science”, com o título:

  • Autogenous Production and Stabilization of Highly Loaded Sub-Nanometric Particles within Multishell Hollow Metal-Organic Frameworks and Their Utilization for High Performance in Li-O2 Batteries”.

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