O professor do Departamento de Engenharia Química e Biológica Molecular da KAIST, Jinwoo Lee, desenvolveu com sucesso uma bateria de lítio-enxofre com densidade de energia significativamente aumentada e estabilidade de vida útil em comparação com baterias convencionais por meio de pesquisa conjunta com o professor da equipe de pesquisa POSTECH Jeongwoo Han e a equipe de pesquisa de próxima geração da LG Energy Solution Center (Diretor Dr. Soon Kwon Nam) sim.
Espera-se que as baterias de enxofre de lítio atinjam uma densidade de energia duas a três vezes maior do que as baterias de íon de lítio comerciais. Entre os candidatos a bateria secundária da próxima geração, ela recebeu muita atenção. Em particular, em aplicações onde a quantidade de energia que pode ser armazenada de uma só vez é importante, como veículos elétricos e dispositivos eletrônicos, a importância do desenvolvimento da tecnologia de bateria de lítio-enxofre é ainda mais significativa.
Para produzir uma bateria de lítio-enxofre com alto nível de densidade de energia, é essencial garantir uma alta capacidade e tensão de acionamento, reduzindo a quantidade de eletrólito pesado usado na bateria. No entanto, quando a quantidade de eletrólito dentro da bateria é reduzida, o grau de contaminação do eletrólito pela dissolução do polissulfeto de lítio que ocorre no ânodo torna-se grave e a condutividade do íon de lítio diminui. Além disso, a implementação de alta capacitância e tensão de condução é limitada pela fraca atividade de reação de conversão eletroquímica.
Muitos pesquisadores em todo o mundo desenvolveram vários materiais funcionais para melhorar a dissolução contínua e a atividade de reação de conversão do polissulfeto de lítio. No entanto, até o momento, tem sido difícil garantir alta densidade de energia e estabilidade de vida útil no nível das células de saco de enxofre de lítio. A célula tipo bolsa é uma bateria envolta em um filme após o empilhamento de materiais como ânodo, cátodo e separador. A célula bolsa é um dos tipos mais avançados de baterias, e tem a vantagem de poder ser fabricada em diferentes formatos dependendo do campo de aplicação.
Através desta pesquisa, a equipe de pesquisa do professor Jin-Woo Lee desenvolveu com sucesso um material de cátodo funcional baseado em átomos de ferro (Fe) que pode melhorar significativamente a dissolução de polissulfeto de lítio e a reação de conversão eletroquímica. Ao introduzir um material funcional baseado em átomo de ferro com uma estrutura eletrônica aprimorada no ânodo, a equipe de pesquisa não apenas evita efetivamente a dissolução do polissulfeto de lítio, mas também mostra a reação que pode ser convertida em sulfeto de lítio insolúvel. Conseguimos alcançar alta capacidade reversa, tensão de acionamento e estabilidade de vida mesmo quando apenas uma pequena quantidade de eletrólito é usada na bateria.
Em particular, usando o material funcional do cátodo desenvolvido nesta pesquisa, 320 Wh kg em uma célula de bolsa de lítio-enxofre tem um nível de Ah, que é cerca de 30% maior densidade de energia do que as baterias de íons de lítio convencionais disponíveis comercialmente.-1 Atingimos uma densidade de energia (a quantidade total de energia que pode ser armazenada por unidade de peso da bateria) de No futuro.
O professor Jin-Woo Lee, do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular da KAIST, explicou: “Ao desenvolver excelentes materiais funcionais para ânodos de bateria de lítio-enxofre, foi demonstrado que a tecnologia para controlar a estrutura eletrônica por indução de fenômenos de troca eletrônica pode ser promissora”. Os esforços devem ser continuados. Para garantir alta densidade de energia e estabilidade ao longo da vida ao nível das células de saco de lítio-enxofre, desenvolvendo várias tecnologias que podem controlar a estrutura.”
Os resultados da pesquisa foram publicados online em 17 de dezembro de 2022 na revista internacional Advanced Materials.
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