Cientistas da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong (HKUST) relatam progressos significativos na pesquisa de baterias de íons de cálcio (CIB) que poderiam remodelar a forma como a energia é armazenada e usada na vida diária. Ao incorporar um eletrólito de estado quase sólido (QSSE), a equipe desenvolveu um novo CIB projetado para melhorar o desempenho e a sustentabilidade. A tecnologia poderá apoiar aplicações que vão desde sistemas de armazenamento de energia renovável até veículos elétricos. Este trabalho aparece em ciência avançada O título é “Baterias de íons de cálcio de estado quase sólido de alto desempenho a partir de eletrólitos de estrutura orgânica covalente redox-ativa”.
À medida que os países expandem a produção de energia renovável, a procura por armazenamento de baterias fiável e eficiente continua a crescer. As baterias de iões de lítio (LIB) dominam atualmente o mercado, mas permanecem preocupações sobre os recursos limitados de lítio e os seus limites práticos na densidade de energia. Essas limitações intensificaram a busca por produtos químicos alternativos para baterias que possam atender às necessidades energéticas do mundo a longo prazo.
As baterias de íons de cálcio atraíram a atenção porque o cálcio é abundante e fornece uma janela eletroquímica comparável à das baterias de íons de lítio. No entanto, os obstáculos tecnológicos retardaram o progresso. Em particular, os íons de cálcio são difíceis de mover de forma eficiente dentro das baterias, e manter o desempenho estável durante ciclos repetidos de carga e descarga tem se mostrado um desafio. Estas questões impedem que o CIB concorra diretamente com os sistemas existentes à base de lítio.
Eletrólitos quase sólidos melhoram o transporte de íons
Para resolver esses problemas, uma equipe liderada pelo Professor Yoonseob KIM, Professor Associado do Departamento de Engenharia Química e Biológica da HKUST, projetou uma estrutura orgânica covalente redox para funcionar como um QSSE. Esses materiais ricos em carbonila alcançam forte condutividade iônica (0,46 mS cm-1) e cálcio2+ Capacidade de transmissão à temperatura ambiente (>0,53).
Através de experimentos de laboratório e simulações de computador, os pesquisadores descobriram que Ca2+ Os íons se movem rapidamente ao longo dos grupos carbonila dispostos dentro dos poros estruturados da estrutura orgânica covalente. Esta via interna organizada ajuda a explicar melhorias na mobilidade iônica e no desempenho geral da célula.
Desempenho poderoso em mais de 1.000 ciclos
Usando esse projeto, a equipe montou uma bateria totalmente de íons de cálcio com capacidade específica reversível de 155,9 mAh g.-1 a 0,15 Ag-1. Mesmo a 1 A g-1a bateria reteve mais de 74,6% de sua capacidade após 1.000 ciclos de carga-descarga. Estes resultados demonstram o potencial das estruturas orgânicas covalentes redox para melhorar significativamente a tecnologia CIB.
O professor Kim disse:”Nossa pesquisa destaca o potencial transformador das baterias de íons de cálcio como uma alternativa sustentável à tecnologia de íons de lítio. Ao aproveitar as propriedades únicas das estruturas orgânicas covalentes redox, demos um passo importante para a realização de soluções de armazenamento de energia de alto desempenho que atendam às necessidades de um futuro verde. “
A pesquisa foi conduzida pela Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong em colaboração com a Universidade Shanghai Jiao Tong.
