Pesquisadores do Instituto de Física Química de Dalian desenvolveram uma bateria aquosa inovadora que atinge uma capacidade específica de 840 Ah/L e uma densidade de energia de 1200 Wh/L, melhorando a segurança e a eficiência energética na tecnologia de baterias. Crédito: DICP
As baterias tradicionais de íons de lítio, embora ofereçam alta densidade de energia, comprometem a segurança porque usam eletrólitos orgânicos inflamáveis.
As baterias aquosas usam água como solvente para eletrólitos, aumentando significativamente a segurança das baterias. No entanto, devido à solubilidade limitada do eletrólito e à baixa tensão da bateria, as baterias aquosas normalmente têm uma densidade de energia mais baixa. Isto significa que a quantidade de eletricidade armazenada por unidade de volume de bateria aquosa é relativamente baixa.
Em um novo estudo publicado em Energia da Naturezaum grupo de pesquisa liderado pelo Prof. Li Xianfeng do Instituto de Física Química de Dalian (DICP) da Academia Chinesa de Ciências (CAS), em colaboração com o grupo do Prof. em bromo e iodo, alcançando uma capacidade específica de mais de 840 Ah/L e alcançando uma densidade de energia de até 1.200 Wh/L com base no católito em testes completos de bateria.
Aprimoramentos e conquistas técnicas
Para melhorar a densidade de energia das baterias aquosas, os pesquisadores usaram uma solução mista de halogênio de íons iodeto (I–) e íons brometo (Br–) como o eletrólito. Eles desenvolveram uma reação de transferência multieletrônica, transferindo I– ao elemento iodo (I2) e depois para iodar (IO3–). Durante o processo de carregamento, eu– foi oxidado a IO3– no lado positivo, e o H gerado+ foi conduzido para o lado negativo na forma de um eletrólito de suporte. Durante o processo de descarga, H+ foi conduzido do lado positivo, e IO3– foi reduzido a eu–.
O cátodo de transferência multieletrônico desenvolvido tinha capacidade específica de 840 Ah/L. Combinando o cátodo com Cd metálico para formar uma bateria completa, os pesquisadores alcançaram uma densidade de energia de até 1200 Wh/L com base no católito desenvolvido.
Além disso, os pesquisadores confirmaram que o Ir.– adicionado ao eletrólito poderia gerar brometo de iodo polar (IBr) durante o processo de carga, o que facilitou a reação com H2O para formar IO3–. Durante a alta, IO3– poderia oxidar o Br– para BR2 e participou da reação eletroquímica para realizar descarga reversível e rápida de IO3–. Portanto, o intermediário brometo formado durante o processo de carga e descarga otimizou o processo de reação, melhorando efetivamente a cinética e a reversibilidade da reação eletroquímica.
O grupo do Prof. Fu comprovou o processo de transferência multieletrônica por meio de microscopia óptica in-situ, espectroscopia Raman e assim por diante.
“Este estudo fornece uma nova ideia para o projeto de baterias aquosas de alta densidade energética e pode expandir a aplicação de baterias aquosas no campo de baterias de energia”, disse o Prof.
Referência: “Cátodo I-/IO3- de transferência multielétron reversível habilitado por um eletrólito hetero-halogênio para baterias aquosas de alta densidade de energia” por Congxin Xie, Chao Wang, Yue Xu, Tianyu Li, Qiang Fu e Xianfeng Li, 23 de abril de 2024 , Energia da Natureza.
DOI: 10.1038/s41560-024-01515-9
