De acordo com pt.wedoany.com-Uma equipe de pesquisa da Universidade de Tohoku (Tohoku University) e suas instituições parceiras desenvolveu um novo material de engenharia molecular, visando resolver o efeito de transporte de polissulfetos de longa data em baterias de lítio-enxofre, dando um passo adiante na comercialização dessa tecnologia.
As baterias de lítio-enxofre apresentam alta densidade de energia teórica e baixo custo, mas durante a operação, o polissulfeto de lítio solúvel gerado migra do cátodo de enxofre para o ânodo de lítio, causando perda de material ativo, reações secundárias, autodescarga e rápida degradação da capacidade. Esse efeito de transporte decorre de sua própria reação química, e tentativas anteriores de barreiras físicas frequentemente prejudicavam o desempenho da bateria.
Para enfrentar esse desafio, a equipe criou uma estrutura orgânica covalente (COF) de tetra-tiafulvaleno-éter coroa, denominada TUS-44, e a combinou com grafeno condutor para formar uma camada funcional TUS-44@G. Essa estrutura contém sítios de imina-nitrogênio, éter coroa-oxigênio e tetra-tiafulvaleno rico em enxofre, fornecendo sítios de interação hierárquica para o polissulfeto de lítio, enquanto o componente de grafeno oferece um caminho eficiente para transporte de elétrons. O objetivo da equipe foi projetar uma camada intermediária que não apenas bloqueie os polissulfetos, mas também gerencie ativamente suas rotas de reação.
Nos testes de bateria, as células equipadas com a camada TUS-44@G demonstraram alta capacidade reversível, atingindo 1455,7 mAh g⁻¹ a uma densidade de corrente de 0,2 A g⁻¹, mantendo 773 mAh g⁻¹ a 10 A g⁻¹ em desempenho de taxa, e após 1000 ciclos a 5 A g⁻¹, a degradação da capacidade por ciclo foi de apenas 0,034%. Baterias de lítio-enxofre do tipo pouch com a mesma camada intermediária alcançaram uma densidade de energia inicial de aproximadamente 674 Wh kg⁻¹ a 0,05 A g⁻¹.
Os pesquisadores afirmam que os materiais COF podem ser construídos com precisão em nível molecular, com poros arranjados periodicamente que permitem controle programável do tamanho, ambiente químico e propriedades eletrônicas, capturando, conduzindo e catalisando simultaneamente as espécies de enxofre. O professor associado Saikat Das, do Instituto de Pesquisa Multidisciplinar para Materiais Avançados (Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials) da Universidade de Tohoku, explicou que o objetivo da equipe foi projetar uma camada intermediária que gerencie ativamente as rotas de reação dos polissulfetos. O professor Yuichi Negishi, da Universidade de Tohoku, destacou que este estudo demonstra o potencial da química reticular (reticular chemistry) para programar interfaces de baterias em nível molecular, e o design TUS-44@G, ao unificar a fixação de polissulfetos e a catálise da conversão de enxofre, oferece um caminho para baterias de lítio-enxofre leves, duráveis e de alta taxa.
