De acordo com pt.wedoany.com-A equipe do Professor Pan Feng, da Escola de Novos Materiais do Instituto de Pós-Graduação de Shenzhen da Universidade de Pequim, em colaboração com outros pesquisadores, propôs uma estratégia de "delocalização de deformação" e desenvolveu uma bateria aquosa de armazenamento de energia de íons de magnésio de alta segurança e longa vida útil, alcançando 75.000 ciclos. A equipe introduziu dopagem com tântalo em matrizes de nanotubos de trióxido de molibdênio, preparando um material de eletrodo de óxido de molibdênio-tântalo (MoTaOx). Os resultados da pesquisa foram recentemente publicados no Journal of the American Chemical Society.
As baterias aquosas utilizam eletrólitos à base de água e possuem características intrinsecamente retardantes de chamas, sendo uma direção tecnológica amplamente estudada no campo do armazenamento de energia seguro. As baterias aquosas tradicionais, representadas pelas de chumbo-ácido e níquel-hidreto metálico, já foram aplicadas em partidas de automóveis e dispositivos civis, mas apresentam densidade de energia extremamente baixa. Entre os novos sistemas de armazenamento de energia aquosos, as baterias aquosas de íons de magnésio têm potencial para construir sistemas de alta densidade de energia volumétrica, mantendo a estabilidade da rede cristalina, devido à alta abundância crustal do magnésio, baixo custo e pequeno raio iônico. No entanto, seu processo de comercialização tem sido limitado por grave degradação cíclica e densidade de energia real muito inferior ao valor teórico. Embora vários materiais de cátodo tenham sido explorados, aliviar o acúmulo de deformação causado pela inserção de íons e alcançar ciclos de vida longos continua sendo um desafio nesse campo.
A equipe de pesquisa descobriu que a dopagem com átomos de tântalo introduz vacâncias de oxigênio próximas aos sítios de oxigênio terminais. As vacâncias de oxigênio podem adsorver e dissociar moléculas de água interlaminares, fazendo com que os grupos hidroxila de tântalo formem complexos com moléculas de água por meio de ligações de hidrogênio, reduzindo a barreira de energia cinética da difusão de íons de magnésio hidratados; simultaneamente, a disposição ordenada e a dissociação das moléculas de água interlaminares podem aliviar a expansão interlamelar e a deformação interna causadas pela co-inserção de íons de magnésio hidratados. Os mecanismos acima constituem a base de armazenamento de energia do eletrodo MoTaOx.
Graças aos canais otimizados de transporte iônico e à capacidade eficaz de delocalização de deformação, o eletrodo MoTaOx exibe uma capacidade de 300 mAh/g a uma densidade de corrente de 0,15 A/g e mantém alta estabilidade eletroquímica após 75.000 ciclos, com capacidade cumulativa de 7,2 Ah/g, superando em muito os melhores níveis relatados anteriormente. A equipe conjunta também montou baterias de bolsa totalmente aquosas de íons de magnésio e microbaterias integradas de íons de magnésio, verificando o potencial do material em aplicações práticas.
Esta pesquisa fornece um material de cátodo de alta capacidade com vida útil ultra longa e elucida, em nível mecanístico, o caminho para alcançar a delocalização de deformação por inserção iônica por meio da regulação do ambiente de coordenação local, oferecendo suporte teórico e prático para o projeto de baterias aquosas de próxima geração que combinam alta densidade de energia e longa vida útil.
