As baterias de ar de lítio têm o potencial de superar as baterias convencionais de íon de lítio, armazenando significativamente mais energia com o mesmo peso. No entanto, seus valores de alto desempenho até agora permaneceram teóricos, e sua vida útil permanece muito curta. Uma equipe chinesa já propôs a adição de um catalisador solúvel ao eletrólito. Ele atua como um mediador redox que facilita o transporte de carga e neutraliza a passivação dos eletrodos.
Em contraste com as baterias de íons de lítio, nas quais os íons de lítio são “empurrados” para frente e para trás entre dois eletrodos, baterias de lítio-ar (li-o2) Use um ânodo feito de lítio metálico. À medida que a bateria é usada, os íons de lítio carregados positivamente se dissolvem e passam para o cátodo poroso, que tem o ar fluindo através dele. O oxigênio é oxidado e ligado ao peróxido de lítio (Li2O2). Após o carregamento, o oxigênio é liberado e os íons de lítio são reduzidos de volta ao lítio metálico, que se deposita de volta ao ânodo. Infelizmente, o desempenho teoricamente alto de tais baterias não se tornou realidade.
Na prática, um efeito conhecido como superpotencial diminui as reações eletroquímicas: a formação e decomposição de li insolúvel2O2 são lentos e sua condutividade também é muito baixa. Além disso, os poros do cátodo tendem a ficar entupidos, e o alto potencial necessário para a formação de oxigênio decompõe o eletrólito e promove reações colaterais indesejáveis. Isso faz com que as baterias percam a maior parte de seu desempenho após apenas alguns ciclos de carga/descarga.
A workforce led by Zhong-Shuai Wu from the Dalian Institute of Chemical Physics of CAS, collaborating with Xiangkun Ma from the Dalian Maritime College, has now proposed the addition of a novel imidazole iodide salt (1,3-dimethylimidazolium iodide, DMII) to Atuar como um catalisador e mediador redox para melhorar o desempenho e a vida útil.
Os íons iodeto (eu–) no sal pode reagir facilmente à forma i3– e depois volte novamente (par redox). Nesse processo, eles transferem elétrons para oxigênio (descarga) e os levam de volta (carga). Isso facilitou o transporte de carga acelera as reações, reduz a superpotencial do cátodo e aumenta a capacidade de descarga da célula eletroquímica. O DMI+ Os íons do sal contêm um anel feito de três átomos de carbono e dois nitrogênio. Este anel possui elétrons móveis livremente e pode “capturar” íons de lítio durante a descarga e transferi -los efetivamente para o oxigênio no cátodo. Além disso, o DMI+ Os íons formam um filme de interface ultrafina, mas altamente estável, no ânodo, que impede o contato direto entre o eletrólito e a superfície do lítio, minimizando a decomposição do eletrólito e a prevenção de reações colaterais. Isso estabiliza o ânodo e aumenta a vida útil da bateria.
As células de teste eletroquímicas produzidas pela equipe foram altamente promissoras, demonstrando uma superpotencial muito baixa (0,52 V), alta estabilidade do ciclo em 960 horas e formação/decomposição altamente reversível de Li2O2 sem reações colaterais.
