KAUST, equipe da Aramco desenvolve espuma 3D hierarquicamente porosa MoS2 tão alta

Mar 07, 2024

Pesquisadores da KAUST e da Aramco desenvolveram uma espuma tridimensional de dissulfeto de molibdênio com uma hierarquia estrutural em sete ordens de magnitude. A espuma fornece uma rede interpenetrante para transporte eficiente de carga, rápida difusão de íons e suporte mecanicamente resiliente e quimicamente estável para reações eletroquímicas.

O extraordinário desempenho eletroquímico da espuma de dissulfeto de molibdênio supera a maioria dos ânodos de bateria de íons de lítio à base de dissulfeto de molibdênio relatados e materiais de última geração. Um artigo de acesso aberto sobre o trabalho foi publicado na Nature Communications.

A espuma automontável apresenta uma estrutura hierárquica complexa que permite absorver repetidamente e depois liberar grandes quantidades de íons de lítio com facilidade. O material pode se tornar um componente-chave de baterias de lítio de longa duração e carregamento rápido.

(a) O esquema de fabricação ilustra a configuração do EHD e a evolução estrutural da espuma MoS2. (b) Demonstração de fabricação escalonável de espuma MoS2 em um substrato de cobre (Cu) de 4 polegadas que compreende hierarquias estruturais em sete ordens de grandeza, incluindo (c) redes porosas interconectadas, (d) estrutura arquitetada, (e) vórtice célula unitária de treliça, (f) nanoporos e escoras, (g) folhas entrelaçadas de MoS2, (h) rasgos e buracos no plano basal e (i) vagas S. Wei et al.

A substância inorgânica dissulfeto de molibdênio (MoS2) foi considerada um material anódico de bateria de íon de lítio (LIB) com potencial promissor. Normalmente, porém, o MoS2 consiste em camadas 2D atomicamente finas, empilhadas como folhas de papel. Esta estrutura frágil e em camadas carece de estabilidade eletroquímica e limita a difusão de íons de lítio para dentro e para fora do material, explica Xuan Wei, autor principal.

A equipe procurou converter nanofolhas 2D de MoS2 em um material 3D robusto adequado para uso em ânodos de bateria. Depois de testar dezenas de condições, a equipe finalmente encontrou uma configuração na qual as nanofolhas formam uma espuma 3D organizada e estável.

A espuma possui uma estrutura hierárquica altamente ordenada, desde elementos estruturais nanoscópicos até características visíveis a olho nu. Essas características foram essenciais para o excelente desempenho do ânodo da bateria do material, que a equipe mostrou manter uma alta capacidade de lítio ao longo do tempo. Os ânodos LIB devem resistir ao inchaço e ao encolhimento repetidos à medida que uma grande quantidade de lítio é absorvida e então liberada durante cada ciclo de descarga/recarga da bateria.

Recursos

Wei, X., Lin, CC., Wu, C. et al. (2022) “Espuma MoS2 hierarquicamente porosa tridimensional como ânodo de bateria de íon de lítio estável e de alta taxa.” Nat Commun 13, 6006 doi: 10.1038/s41467-022-33790-z

Postado em 23 de dezembro de 2022 em Baterias, histórico de mercado, materiais | Link permanente | Comentários (23)