Muitos dizem que engenharia de materiais pode lembrar muito a culinária e cada vez mais provamos que isso não é mentira. É o caso das fibras al dente, do processo de fabricação do chocolate e da fibroína de seda. Porém fazer um material com sal parece um pouco estranho, não? É o que pesquisadores fizeram para obter folhas de óxidos metálicos puros e maiores do que os já existentes.
Um time de pesquisadores de três universidades (Drexel University, Huazhong University of Science and Technology (HUST) and Tsinghua University) descobriram uma forma de fazer com que materiais armazenem mais energia. Essa forma consiste em usar cristais de sal como substrato para fazer crescer finas folhas de óxidos de metais condutores, resultando em maiores e quimicamente mais puras folhas, o que os torna mais adequados para armazenar energia e agrupar íons.
Segundo Jun Zhou, professor na HUST e um dos participantes da pesquisa, é desafiador criar um óxido que atinja os valores teóricos de desempenho sem comprometer suas propriedades, como o tamanho e a pureza química. Então, a pesquisa criou uma maneira de produzir essas folhas de óxido estáveis com menos incrustações e centenas de vezes maiores do que aquelas produzidas anteriormente.
Em um dispositivo de armazenamento de energia, como baterias, a energia é contida na transferência química de íons de uma solução eletrolítica para camadas finas de materiais condutores. A evolução desses dispositivos é manter mais carga por um longo período de tempo e ainda assim diminuir o tamanho dele. Isso só é possível com a fabricação de materiais melhores em relação às propriedades estruturais e químicas, para a coleta e desembolso de íons.
Na teoria, os melhores materiais para essa aplicação seriam as folhas de óxidos metálicos, por causa da estrutura química e alta área de superfície, fixando os íons facilmente, que é como a energia é armazenada. Porém as folhas até agora produzidas em laboratório ficavam muito aquém das capacidades teóricas.
Acredita-se que o problema estava no processo das nanofolhas, que envolvem deposição de gás ou ataque químico e deixavam vestígios de resíduos que acabavam por contaminar o material, evitando a ligação dos íons ao material.
Ao utilizar o substrato de sal para o crescimento dos cristais, ele permite que o material se espalhe uniformemente e crie consequentemente uma maior folha. Esse método se chama templating e consiste em usar um material de sacrifício para crescer um cristal.
A principal conclusão e segredo do trabalho desenvolvido é utilizar sais que possuem uma estrutura igual a do óxido, caso contrário irá formar uma película amorfa do óxido. Ou seja, diferentes sais são utilizados para produzir diferentes óxidos. Dessa forma, os cristais de sal são o substrato perfeito para óxidos de magnésio, molibdênio e tungstênio.
Após a solidificação, o sal é dissolvido em uma lavagem, deixando pouco ou nenhum resíduo no material que possam prejudicar no armazenamento de energia. Assim, os únicos fatores que limitam o tamanho da folha formada é o tamanho do cristal de sal e a quantidade de percursor utilizada.
Os resultados relatados dizem que o uso desse material pode ajudar na criação de uma bateria com íons de alumínio, que promete ser melhor que qualquer bateria de lítio utilizada hoje.
No blog já falamos sobre as baterias de Li-O2 aqui!
Referência:
Xu Xiao, Huaibing Song, Shizhe Lin, Ying Zhou, Xiaojun Zhan, Zhimi Hu, Qi Zhang, Jiyu Sun, Bo Yang, Tianqi Li, Liying Jiao, Jun Zhou, Jiang Tang, Yury Gogotsi. Scalable salt-templated synthesis of two-dimensional transition metal oxides. Nature Communications, 2016; 7: 11296 DOI: 10.1038/NCOMMS11296
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