Pesquisadores da Universidade de Swansea e seus colaboradores desenvolveram um método escalonável para produzir coletores de corrente de grafeno sem defeitos, melhorando significativamente a segurança e o desempenho das baterias de íon-lítio. Estas folhas de grafeno possuem excelente condutividade térmica e durabilidade, reduzindo o risco de fuga térmica e melhorando a eficiência da bateria, especialmente em veículos elétricos.
Os pesquisadores desenvolveram um método escalonável para produzir grandes coletores de corrente de grafeno que poderiam melhorar significativamente a segurança e o desempenho das baterias de íon-lítio. Pesquisadores da Universidade de Swansea, trabalhando com a Universidade de Tecnologia de Wuhan e a Universidade de Shenzhen, desenvolveram um método inovador para fabricar coletores de corrente de grafeno em grande escala. Espera-se que este avanço melhore significativamente a segurança e o desempenho das baterias de íons de lítio (LIB), resolvendo assim um problema fundamental na tecnologia de armazenamento de energia.
A pesquisa, publicada na revista Nature Chemical Engineering, detalha o primeiro esquema bem-sucedido para criar folhas de grafeno livres de defeitos em escala comercial. Essas folhas têm condutividade térmica extraordinária, de até 1.400,8 Wm-1K-1, que é quase dez vezes maior que os coletores de corrente convencionais de cobre e alumínio usados em LIBs.
"Este é um passo importante para a tecnologia de baterias", disse o co-autor Dr. Rui Tan, da Universidade de Swansea. "Nossa abordagem permite que coletores de corrente de grafeno sejam produzidos em escala e qualidade que podem ser facilmente integrados na fabricação comercial de baterias. Isso não apenas melhora a segurança da bateria por meio do gerenciamento eficiente de calor, mas também aumenta a densidade de energia e a vida útil da bateria."
No desenvolvimento de baterias de lítio de alta energia, especialmente aquelas usadas em veículos elétricos, uma das questões mais prementes é a fuga térmica – uma condição perigosa em que o superaquecimento causa falha na bateria, muitas vezes causando incêndio ou explosão. Esses coletores de corrente de grafeno são projetados para reduzir esse risco, dissipando o calor de maneira eficiente e evitando reações exotérmicas que levam à fuga térmica.
O co-primeiro autor, Dr. Yang Jinlong, da Universidade de Shenzhen, explicou:"Nossa estrutura de grafeno densa e bem alinhada fornece uma forte barreira à formação de gases inflamáveis e evita que o oxigênio penetre nas células da bateria, o que é fundamental para evitar falhas catastróficas. "
O processo recém-desenvolvido não é apenas bem-sucedido em laboratório, mas é uma solução escalável capaz de produzir folhas de grafeno com comprimentos que variam de alguns metros a vários quilômetros. Os pesquisadores produziram folhas de grafeno com 17 mícrons de espessura e 200 metros de comprimento, demonstrando o potencial do processo. A folha de grafeno permanece altamente condutiva após ser dobrada 100.000 vezes, tornando-a ideal para uso em eletrônica flexível e outras aplicações avançadas.
O novo método também pode produzir folhas de grafeno com espessuras personalizáveis, resultando em baterias mais eficientes e seguras.
Esta inovação poderá ter um impacto profundo nas futuras tecnologias de armazenamento de energia, especialmente em veículos eléctricos e sistemas de energias renováveis, onde a segurança e a eficiência são críticas. Uma equipe de pesquisa colaborativa internacional liderada pelos professores Mai Liqiang e pelo professor He Daping da Universidade de Tecnologia de Wuhan, Dr. Tan Rui da Universidade de Swansea continua melhorando seu processo, trabalhando continuamente para reduzir a espessura das folhas de grafeno, melhorar ainda mais suas propriedades mecânicas e, com a ajuda da equipe da professora Serena Magodona na Universidade de Swansea, explorar as aplicações deste novo material além das baterias de íon de lítio, como baterias de fluxo redox e baterias de íon de sódio.
Compilado de /ScitechDaily
DOI:10.1038/s44286-024-00103-8