O manganês barato alimenta a bateria de um carro elétrico com impressionantes 820 Wh/kg, sem qualquer corrosão.

Pesquisadores japoneses da Universidade Nacional de Yokohama demonstraram uma alternativa promissora às baterias à base de níquel-cobalto para carros elétricos.

A sua abordagem baseia-se na utilização de manganês no ânodo para criar uma bateria com elevada densidade energética, que seja económica e sustentável.

Os fabricantes de veículos elétricos preferem baterias de níquel-cobalto porque oferecem maior densidade de energia, o que significa maior autonomia em uma bateria menor. No entanto, ambos os componentes são muito caros e relativamente raros, tornando-os opções insustentáveis ​​quando o uso de veículos elétricos aumenta em todo o mundo.

As baterias de íons de lítio (Li-ion) são a escolha preferida de baterias recarregáveis ​​na maioria dos dispositivos eletrônicos. No entanto, a sua baixa densidade energética coloca-os em desvantagem em comparação com os carros elétricos. Os esforços de pesquisa e desenvolvimento para melhorá-los levaram a melhores opções de baterias de íons de lítio.

Experimentos também foram conduzidos com manganês no material do ânodo junto com o lítio, como o LiMnO2. No entanto, as aplicações têm sido limitadas devido ao baixo desempenho do eletrodo. Pesquisadores da Universidade Nacional de Yokohama (YNU), no Japão, abordaram esse problema em seu trabalho recente.

Trabalhando com um sistema monoclínico

Depois de estudar extensivamente o LiMnO2 em suas diversas formas usando difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e métodos eletroquímicos, o pesquisador Naoki Yabuchi e sua equipe da Universidade de Yangon descobriram que um campo laminar monoclínico ativa a transformação estrutural do LiMnO2 em um tipo de espinélio. fase. Um sistema monoclínico é um tipo de simetria de grupo de uma estrutura cristalina sólida.

O LiMnO2 melhora o desempenho do material do eletrodo, facilitando a transição de fase. Sem transição de fase, o desempenho do eletrodo de LiMnO2 é inferior ao ideal.

“A partir desta descoberta, LiMnO2 nanométrico com estruturas de domínio em camadas monoclínicas e alta área superficial foram sintetizados diretamente usando uma simples reação de estado sólido”, disse Yabuchi em um comunicado. Comunicado de imprensa.

A reação não envolve etapas intermediárias e pode ser feita diretamente a partir de dois componentes pelo processo de calcinação.

Melhorias de desempenho com Mn

Os testes pós-instalação revelaram que a bateria com eletrodo de LiMnO2 atingiu uma densidade de energia de 820 watts-hora por quilograma (Wh kg-1) em comparação com 750 watts-hora por quilograma obtidos com uma bateria à base de níquel. Apenas as baterias à base de lítio têm uma densidade de energia menor, de 500 watts-hora por quilograma.

Os pesquisadores disseram Geometria interessante Em um e-mail, o manganês, quando usado em diversas outras formas, observa que normalmente apresenta metade da amplitude da densidade de energia.

Um estudo anterior utilizando manganês relatou quedas de tensão em baterias, onde a saída de tensão diminuiu com o tempo, reduzindo o desempenho do dispositivo eletrônico. Contudo, os pesquisadores não observaram tais resultados com o eletrodo de LiMnO2.

A decomposição do manganês ainda pode ocorrer, seja devido a mudanças de fase ou reação com uma solução ácida. O comunicado de imprensa acrescentou que os pesquisadores planejam resolver esse problema usando uma solução eletrolítica altamente concentrada e um revestimento de fosfato de lítio.

Os investigadores expressam confiança de que o seu trabalho contribuiu para o desenvolvimento de um novo produto que seja competitivo com as opções actuais, sustentável na produção e amigo do ambiente a longo prazo. Eles pretendem comercializar sua tecnologia e utilizá-la na indústria de veículos elétricos.

“Encontramos uma metodologia muito barata e esta é a descoberta importante do nosso estudo”, acrescentou a equipe de pesquisa em seu e-mail ao IE.