Uma equipe internacional de pesquisa projetou um sistema de armazenamento de bateria de íon-sódio (SIB, na sigla em inglês) baseado em um material catódico do tipo P2, conhecido como Na0,67Mn0,33Ni0,33Fe0,33O2, e um ânodo feito de um material de carbono duro fabricado a partir de flores de lavanda.
A configuração de sistema proposta visa a fabricação de baixo custo, garantindo ao mesmo tempo escalabilidade e sustentabilidade ambiental, visto que os dois materiais de eletrodo são descritos como precursores “amplamente acessíveis”.
“A diversidade vegetal e a capacidade de produção são fatores importantes que afetam a comercialização de baterias de íons de sódio, já que os carbonos duros derivados de plantas são sustentáveis e econômicos”, explicaram os pesquisadores. “O carbono duro derivado de plantas preserva as microestruturas dos tecidos vegetais, aumentando assim a penetração do eletrólito e a difusividade do sódio.”
Os cientistas estimaram a produção global de lavanda em aproximadamente 1.000 a 1.500 toneladas anualmente. No entanto, apenas uma pequena fração dessa produção pode ser usada para materiais de eletrodo, já que somente o resíduo da flor é adequado para conversão em carbono duro.
Eles também observaram que o ânodo de carbono duro e o cátodo do tipo P2 na célula completa possuem reservatórios de sódio insuficientes, o que leva a um desempenho eletroquímico deficiente. “O presente trabalho aborda essa lacuna avaliando o desempenho da célula completa de P2- Na0,67Mn0,9Ni0,1O2 acoplada a carbono duro derivado de resíduos de flores de lavanda sob diferentes abordagens de pré-sodiação”, explicaram ainda.
Os cientistas utilizaram difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS), espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e espectroscopia Raman para caracterizar o cátodo e o ânodo do sistema SIB e descobriram que o cátodo possui uma estrutura hexagonal P63/mmc, enquanto o ânodo apresentou picos largos característicos de carbono amorfo.
As análises por MEV e MET revelaram, em particular, grãos catódicos de tamanho micrométrico e uma superfície de carbono duro porosa, enquanto as análises por EDS e XPS indicaram que o material possui boa estabilidade estrutural. Análises adicionais também demonstraram que a incorporação de níquel (Ni) melhorou o desempenho estrutural, eletrônico e eletroquímico do cátodo.
Além disso, os testes eletroquímicos revelaram capacidades iniciais de 200 mAh/g para o cátodo e 360 mAh/g para o ânodo, com retenções de capacidade de 42% e 67,4% após 100 ciclos. De modo geral, a dopagem com Ni melhorou a condutividade e a estabilidade do cátodo, e o ânodo demonstrou bom desempenho no armazenamento de sódio, apresentando bom desempenho em meia-célula e potencial para célula completa, segundo os pesquisadores.
“Este estudo abrangente destaca o potencial para o desenvolvimento de baterias de íons de sódio (SIBs) com materiais de eletrodo sustentáveis e de baixo custo”, concluíram. “A otimização das estratégias de pré-sodiação oferece uma oportunidade para tecnologias avançadas de SIBs comerciais e escaláveis.”
O sistema foi descrito no estudo “ Baterias de íon-sódio de baixo custo usando um cátodo de Na 0,67 Mn 0,9 Ni 0,1 O 2 e carbono duro derivado de resíduos de flores de lavanda com uma abordagem comparativa de pré-sodiação ”, publicado no Journal of Power Sources . A equipe de pesquisa foi composta por cientistas da Universidade Inonu, da Universidade Técnica de Istambul, da Universidade Turgut Ozal e da Universidade de Aksaray, na Turquia, bem como do Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia e da Universidade Quaid-i-Azam, no Paquistão, entre outros.
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