Uma equipe de pesquisa da Faculdade de Engenharia da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong alcançou recentemente um avanço significativo, desenvolvendo com sucesso uma nova estratégia de ligação mecânica e aplicando-a à preparação de eletrólitos quase sólidos (QSSEs) para baterias de lítio metálico. Esta pesquisa é a primeira a introduzir moléculas mecanicamente interligadas (MIMs) em estruturas orgânicas covalentes (COFs), melhorando a segurança e a densidade de energia das baterias por meio de propriedades químicas únicas. As descobertas foram publicadas na revista Advanced Materials.
As baterias de lítio metálico tradicionais utilizam principalmente eletrólitos líquidos inflamáveis, que sofrem com problemas como instabilidade do ânodo de lítio e crescimento de dendritos. Embora os eletrólitos de estado sólido sejam mais seguros, eles apresentam baixa condutividade iônica. A equipe de pesquisa utilizou de forma inovadora éteres coroa, um composto macrocíclico fundamental, para formar um complexo com Li⁺ e, em seguida, incorporá-lo em COFs altamente cristalinos, construindo um QSSE MIM-COF. Este sistema alcança transporte eficiente de Li⁺ e estabilidade anódica por meio de forças de resposta de ligações mecânicas ou alterações de coordenação, superando o gargalo da baixa condutividade iônica em eletrólitos poliméricos tradicionais.
Dados experimentais mostram que o MIM-COF QSSE apresenta uma condutividade iônica à temperatura ambiente de 3,20 × 10⁻³ S cm⁻¹ e um número de transporte de Li⁺ de 0,60. Em testes de célula completa com LiFePO₄ como cátodo, a capacidade de descarga inicial a uma taxa de 0,5C à temperatura ambiente é de 113 mAh g⁻¹, e a taxa de retenção de capacidade atinge 95% após 600 ciclos; após 300 ciclos a 60 °C e taxa de 2C, a taxa de retenção de capacidade permanece em 85%, com uma eficiência coulombiana de 99,99%. Estudos computacionais validam ainda mais a cinética dos éteres coroa e os sítios de ligação do Li⁺, fornecendo suporte teórico para o projeto de eletrólitos.
O professor Kim Yoon-seop, líder da pesquisa, afirmou: “Ao estudar o mecanismo de movimentação dos éteres coroa na bateria, abrimos um novo caminho para a aplicação de componentes interligados. No futuro, focaremos na funcionalização de compostos macrocíclicos e continuaremos a desenvolver materiais de bateria de alto desempenho.”
