Melhorando baterias de íon de sódio com grafeno nanocelular mecanicamente robusto

Desde a sua descoberta em 2004, o grafeno tem revolucionado o campo da ciência dos materiais e muito mais. O grafeno compreende folhas bidimensionais de átomos de carbono, ligados em uma forma hexagonal fina com a espessura de uma camada de átomos. Isto lhe confere propriedades físicas e químicas notáveis.

Apesar de sua espessura, o grafeno é incrivelmente forte, leve, flexível e transparente. Também exibe extraordinária condutividade elétrica e térmica, alta área superficial e impermeabilidade a gases. De transistores de alta velocidade a biossensores, possui uma versatilidade incomparável em aplicações.

O grafeno nanocelular (NCG) é uma forma especializada de grafeno que atinge uma grande área de superfície específica empilhando múltiplas camadas de grafeno e controlando sua estrutura interna com uma morfologia celular em nanoescala.

O NCG é cobiçado pelo seu potencial para melhorar o desempenho de dispositivos eletrônicos, dispositivos de energia e sensores. Mas o seu desenvolvimento tem sido dificultado por defeitos que ocorrem durante o processo de fabricação. Freqüentemente aparecem rachaduras durante a formação de NCG, e os cientistas estão procurando novas tecnologias de processamento que possam fabricar NCGs homogêneos, sem rachaduras e sem emendas em escalas apropriadas.

“Descobrimos que os átomos de carbono se automontam rapidamente em NCG livre de rachaduras durante a transferência de metal líquido de um precursor amorfo de Mn-C em um bismuto fundido”, diz Won-Young Park, um estudante de pós-graduação da Universidade de Tohoku.

As descobertas são publicadas na revista Materiais avançados.

Dealloying é uma técnica de processamento que explora a miscibilidade variável dos componentes da liga em um banho de metal fundido. Este processo corrói seletivamente certos componentes da liga enquanto preserva outros.

Park e seus colegas demonstraram que os NCGs desenvolvidos por este método exibiam alta resistência à tração e alta condutividade após a grafitização. Além disso, colocaram o material à prova em uma bateria de íons de sódio (SIB).

“Usamos o NCG desenvolvido como material ativo e coletor de corrente em um SIB, onde demonstrou alta taxa, longa vida útil e excelente resistência à deformação. Em última análise, nosso método de fabricar NCG sem trincas tornará possível aumentar o desempenho e flexibilidade dos SIBs – uma tecnologia alternativa às baterias de íons de lítio para determinadas aplicações, particularmente em armazenamento de energia em grande escala e sistemas de energia estacionários, onde considerações de custo, segurança e sustentabilidade são fundamentais.”