Cátodo orgânico ultrapassa os limites da bateria

Um design de polímero condutor que pode fornecer maior densidade de energia, maior tolerância à temperatura e maior segurança em células de íons de lítio.

Pesquisadores da Universidade de Tianjin e da Universidade de Tecnologia do Sul da China desenvolveram uma bateria orgânica de íons de lítio construída em torno de um material catódico projetado.O estudo descreve um eletrodo de polímero condutor projetado para resolver limitações de longa data no desempenho de baterias orgânicas.

As baterias convencionais de íon de lítio dependem de cátodos inorgânicos contendo metais como cobalto e níquel, levantando preocupações quanto à disponibilidade de recursos, segurança e rigidez mecânica.Os materiais de eletrodos orgânicos, por outro lado, são derivados de fontes mais abundantes e podem ser estruturalmente adaptados, mas historicamente enfrentaram desafios para alcançar alta densidade de energia e transporte rápido de íons de lítio.

A equipe de pesquisa desenvolveu um polímero condutor tipo n conhecido como poli benzofurano diona, ou PBFDO, como material catódico.O polímero demonstra alta condutividade eletrônica, rápido transporte de íons de lítio e comportamento estrutural estável sob condições variadas.Usando esse material, a equipe montou uma célula tipo bolsa que atingiu densidade de energia acima de 250 watts-hora por quilograma.Para efeito de comparação, as baterias de fosfato de ferro-lítio normalmente variam entre 160 e 200 watts-hora por quilograma.

A bateria funcionou em uma janela de temperatura de -70 graus Celsius a 80 graus Celsius.Nos testes mecânicos, o cátodo orgânico manteve estrutura e capacidade após flexão e compressão.Uma célula tipo bolsa com nível de ampere-hora também passou em um teste de perfuração sem incêndio ou explosão.

“Esta pesquisa rompe as restrições tradicionais da tecnologia de baterias em termos de dependência de recursos e impacto ambiental”, disse o professor Xu Yunhua, o pesquisador principal.“Ele não apenas corresponde à densidade energética das baterias comerciais, mas também oferece segurança superior e uma faixa de temperatura operacional muito mais ampla.”

Os pesquisadores estão trabalhando na produção em escala piloto e explorando aplicações em eletrônicos flexíveis, dispositivos vestíveis e sistemas leves de armazenamento de energia, onde a segurança, a adaptabilidade e a resiliência à temperatura são críticas.