Pesquisadores mostram grafia

Pesquisadores da França e da Holanda demonstraram que as superfícies de grafite e grafite em uma bateria de metal de lítio de estado sólido permitem efetivamente a intercalação de Li, ao mesmo tempo que evitam que outras moléculas de eletrólito alcancem os eletrodos. Um artigo sobre seu trabalho foi publicado no Journal of Power Sources.

Eletrólitos totalmente sólidos podem levar a um avanço tecnológico no desempenho de baterias totalmente de estado sólido quando combinados com um ânodo de metal de lítio. Porém, o uso de um ânodo metálico de lítio apresenta vários desafios, como crescimento de dendritos, estabilidade eletroquímica da interface, formação e propagação de trincas e delaminação das interfaces eletrodo/eletrólito.

Este trabalho tem como objetivo explorar a eficácia do uso de membranas 2D baseadas em grafite recém-sintetizadas (ou seja, grafino, grafodiino e grafotriino) para proteção de eletrodos em uma bateria de eletrólito de polímero sólido por meio de cálculos de primeiros princípios, método de banda elástica cutucada e simulação clássica de dinâmica molecular. .

Especificamente, pretendemos investigar a eficácia destas membranas na mitigação dos desafios acima mencionados.

Os pesquisadores propuseram uma solução alternativa que evita o contato direto entre eletrólitos e eletrodos, revestindo os eletrodos com camadas de grafite-n (n = 1, 2, 3) que são permeáveis ​​a pequenos cátions, como Li+ e Na+.

Graphyne (n = 1), graphdiyne (n = 2) e graphtriyne (n = 3) são alótropos de carbono 2D compostos de ligações acetilênicas (sp-) e benzeno (anéis aromáticos) (átomos de carbono hibridizados com sp). Graphyne é uma folha planar com a espessura de um átomo. Graphdiyne, sintetizado desde 2010, é o alótropo de carbono não natural mais estável contendo ligações diacetileno. Devido a uma estrutura porosa contendo poros triangulares de tamanhos 3,94 Å, 5,42 Å e 6,69 Å para grafino, grafino e graftriino, respectivamente, e carbonos conjugados, o grafino-n fornece locais de armazenamento e vias de difusão para íons pequenos como Li+.

O Li+ pode assim se difundir em direções paralelas e perpendiculares às camadas de grafino-n, tornando o grafino-n um material 2D promissor em baterias de armazenamento de energia.

O modelo de bateria estudado consistiu de eletrólitos poliméricos sólidos (SPEs) delimitados por duas superfícies de grafeno-n, onde cada superfície é composta por quatro camadas de uma folha de grafeno-n, com n=1, 2 ou 3.

Os pesquisadores aplicaram um alto campo elétrico externo de até 0,5 V/Å, 0,75 V/Å e 1 V/Å para acelerar o processo de difusão de íons. As energias de adsorção, transferência de carga e difusão dentro/fora do plano de lítio único em superfícies baseadas em grafite foram investigadas. Posteriormente, eles calcularam e compararam a permeabilidade do Li, a eficiência de rejeição das moléculas eletrolíticas e as propriedades intrínsecas das membranas nanoporosas à base de grafina.

Recursos

Mohammed Lemaalem, Nabil Khossissi, Gaelle Bouder, Poulumi Dey, Philippe Carbonnière (2023) “Membrana baseada em Graphyne como um candidato promissor para proteção de eletrodos de bateria de lítio: Insights de simulações atomísticas,”Journal of Power Sources, Volume 581 doi: 10.1016/ j.jpowsour.2023.233482

Postado em 20 de agosto de 2023 em Baterias, Li-metal, Fundo de Mercado, Materiais | Link permanente | Comentários (0)