Pesquisadores do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST) desenvolveram uma bateria híbrida de íon de sódio de alta potência que pode ser carregada em segundos. O estudo foi publicado em Materiais de armazenamento de energia.
O sódio é considerado quase 1000 vezes mais abundante que o lítio. Portanto, os dispositivos de armazenamento de energia eletroquímica de íons de sódio são mais atraentes do que o tradicional armazenamento de energia eletroquímica de íons de lítio.
Liderada pelo professor Jeung Ku Kang, do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais, a equipe de pesquisa integrou materiais anódicos normalmente usados em baterias com cátodos adequados para supercapacitores.
A combinação permitiu que a bateria atingisse altas capacidades de armazenamento e rápidas taxas de carga e descarga. O estudo indica que a bateria pode ser uma alternativa viável de próxima geração às baterias de íon-lítio.
Procedimentos sintéticos esquemáticos de materiais de ânodo e cátodo de alta capacidade/alta taxa para um armazenamento de energia híbrido de íon de sódio (SIHES) e os mecanismos de armazenamento de energia propostos. Procedimentos sintéticos para (a) ânodo de carbono/grafeno enriquecido com sulfeto de ferro ultrafino (FS/C/G) e (b) materiais catódicos de imidazolato zeolíticos porosos derivados de carbono (ZDPC). (c) Mecanismos propostos para armazenamento de energia de íons Na+ no ânodo FS/C/G e íons ClO-4 no cátodo ZDPC para um SIHES. Crédito: Simulação de Nano Materiais KAIST
Dispositivo de armazenamento de energia híbrido de íon de sódio
Compreendendo o ânodo e o cátodo recém-projetados, a célula completa montada forma um dispositivo de armazenamento de energia híbrido de íons de sódio de alto desempenho, que excede a densidade de energia das baterias comerciais de íons de lítio disponíveis no mercado . Segundo os pesquisadores, o dispositivo apresenta as características de densidade de potência dos supercapacitores.
“O desenvolvimento de uma bateria híbrida com alta energia e alta densidade de potência requer melhorar a lenta taxa de armazenamento de energia dos ânodos do tipo bateria, bem como aumentar a capacidade relativamente baixa dos materiais catódicos do tipo supercapacitor”, disse a equipe em um comunicado.
As baterias de sódio podem atender a uma demanda crescente por armazenamento de energia
A bateria pode atender a uma demanda crescente por dispositivos de armazenamento de energia eletroquímica de baixo custo, com alta densidade de energia para operação prolongada com uma única carga e densidade de potência de carregamento rápido, para atender a uma ampla gama de aplicações, desde dispositivos eletrônicos móveis até veículos elétricos (EVs). ) para sistemas de rede de grande escala.
Atualmente, os sistemas de armazenamento de energia de íons de sódio são pobres em termos de recarga, pois apresentam baixa densidade de potência, apesar de fornecerem uma densidade de energia relativamente alta. Atualmente existem dois tipos de sistemas de armazenamento de sódio disponíveis: baterias de íon de sódio (SIBs) e capacitores de íon de sódio (SICs). Portanto, os pesquisadores se concentraram em células híbridas de armazenamento de energia de íons de sódio (SIHES).
SIHES pode utilizar as diferentes janelas potenciais de cátodos do tipo capacitor e ânodos do tipo bateria. Atraiu muita atenção porque este sistema de armazenamento, em princípio, poderia permitir simultaneamente alta densidade de energia e densidade de potência de carregamento rápido.
Segundo os pesquisadores, o SIHES pode atingir uma densidade de energia de 247 Wh/kg e uma densidade de potência de 34.748 W/kg. O professor Kang disse que a pesquisa representa um avanço na superação das atuais limitações dos sistemas de armazenamento de energia. Prevê aplicações mais amplas para vários dispositivos eletrônicos, incluindo veículos elétricos.
Provavelmente será útil para aplicações de carregamento rápido, desde veículos elétricos até dispositivos eletrônicos inteligentes e tecnologias aeroespaciais.
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