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Jun 26, 2023

Sódio

Pusan ​​National University, Busan, Coreia do Sul As baterias de íon-lítio têm alta

Universidade Nacional de Pusan, Busan, Coreia do Sul

As baterias de íons de lítio têm alta densidade de energia e um longo ciclo de vida, tornando-as indispensáveis ​​em eletrônicos portáteis e veículos elétricos. No entanto, o alto custo e o suprimento limitado de lítio exigem o desenvolvimento de sistemas alternativos de armazenamento de energia. Para este fim, os pesquisadores sugeriram baterias de íons de sódio (SIBs) como um possível candidato.

Além de ter propriedades físico-químicas semelhantes às do lítio, o sódio é sustentável e econômico. No entanto, seus íons são grandes com cinética de difusão lenta, dificultando sua acomodação dentro das microestruturas de carbono dos ânodos de grafite comercializados. Consequentemente, os ânodos SIB sofrem de instabilidade estrutural e baixo desempenho de armazenamento. Nesse sentido, materiais carbonáceos dopados com heteroátomos estão se mostrando promissores. No entanto, sua preparação é complicada, cara e demorada.

Uma equipe de pesquisadores, liderada pelo professor Seung Geol Lee, da Universidade Nacional de Pusan, na Coréia, usou quinacridonas como precursores para preparar ânodos SIB carbonáceos. "Os pigmentos orgânicos, como as quinacridonas, têm uma variedade de estruturas e grupos funcionais. Como resultado, eles desenvolvem diferentes comportamentos e microestruturas de decomposição térmica. Quando usados ​​como precursores para materiais de armazenamento de energia, os quinacridonas pirolisados ​​podem variar muito o desempenho das baterias secundárias. Portanto , é possível implementar uma bateria altamente eficiente controlando a estrutura do precursor de pigmentos orgânicos", explicou Lee.

Os pesquisadores se concentraram na 2,9-dimetilquinacridona (2,9-DMQA) em seu estudo. 2,9-DMQA tem uma configuração de empacotamento molecular paralelo. Após a pirólise (decomposição térmica) a 600 °C, o 2,9-DMQA mudou de avermelhado para preto com um alto rendimento de carvão de 61 realizado. Em seguida, os pesquisadores realizaram uma análise experimental abrangente para descrever o mecanismo de pirólise subjacente.

Eles propuseram que a decomposição de substituintes metil gera radicais livres a 450 °C, que formam hidrocarbonetos aromáticos policíclicos com uma microestrutura crescida longitudinalmente resultante da ponte de ligação ao longo da direção de empacotamento paralela. Além disso, os grupos funcionais contendo nitrogênio e oxigênio no 2,9-DMQA liberaram gases, criando domínios desordenados na microestrutura. Em contraste, a quinacridona não substituída pirolisada desenvolveu estruturas altamente agregadas. Isso sugeriu que o desenvolvimento morfológico foi significativamente afetado pela orientação cristalina do precursor.

Além disso, 2,9-DMQA pirolisado a 600 °C exibiu uma capacidade de alta taxa (290 mAh/g a 0,05 A/g) e excelente estabilidade de ciclo (134 mAh/g a 5 A/g para 1000 ciclos) como um SIB ânodo. Os grupos contendo nitrogênio e oxigênio aumentaram ainda mais o armazenamento da bateria por meio do confinamento da superfície e do incremento da distância entre as camadas.

"Pigmentos orgânicos, como quinacridonas, podem ser usados ​​como materiais anódicos em baterias de íons de sódio. Dada a alta eficiência, eles fornecerão uma estratégia eficaz para produção em massa de sistemas de armazenamento de energia em larga escala", disse Lee.

Para mais informações, entre em contato com o professor Seung Geol Lee em Este endereço de e-mail está protegido contra spambots. Você precisa ter o JavaScript habilitado para vê-lo..

Este artigo apareceu pela primeira vez na edição de março de 2023 da Battery & Electrification Technology Magazine.

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