A demanda por eletrodos flexíveis que combinam a capacidade de armazenamento de energia em dispositivos com altas propriedades mecânicas é presente em todo o mundo, pois tem um grande potencial para reduzir massa e volume, bem como prolongar a vida útil de eletrônicos flexíveis quando comparados aos eletrodos convencionais.
Existem dois problemas sérios que fazem com que o projeto de eletrodos convencionais seja inadequado para dispositivos flexíveis: estrutura insuficiente do eletrodo baseado na montagem desordenada dos componentes e pela adesão de pó aglutinante, levando a propriedades mecânicas ruins; e por causa dos caminhos condutores dos eletrodos que podem ser danificados sob forças externas.
Portanto, os autores visaram explorar uma estratégia de projeto eficaz para projetar eletrodos avançados com flexibilidade, estabilidade mecânica e eletroquímica suficiente, juntamente com alta densidade de energia, substituindo os modos convencionais na construção de eletrodos.
Neste artigo, os autores desenvolveram um design da estrutura de eletrodo ordenado e hierárquico para fabricar filmes de TiO2-C (dióxido de carbono-titânio) de alta resistência, mecanicamente estáveis e flexíveis, montados por uma abordagem simples de "bottom-up" com base em filmes altamente ativos, porosos e laminados nas subunidades dos nanotubos de carbono.
Na configuração da subunidade, os CNTs (carbon nanotube - nanotubo de carbono) foram entrelaçados e as NPs (nanoparticles - nanopartículas) de TiO2 altamente dispersas foram fixadas num plano de celulose com grupos funcionais ativos e grande área superficial para formar uma rede condutora contínua incorporada com partículas ativas.
A estrutura única de TiO2 (dióxido de titânio) obtida permitiu que os eletrodos fabricados apresentassem flexibilidade e resistência mecânica de até 60 MPa, alta durabilidade (os autores afirmam que pode ser dobrado até 11.700 vezes), boa condutividade e excelentes desempenhos eletroquímicos.
Figura 1: Imagem de um pequeno papel preparado dobrando o filme de TiO2-C. Os autores apontam a atenção para o canto do papel dobrado, mostrando a boa flexibilidade e estabilidade mecânica do filme. Fonte: (Wang et al. 2021).
Concluindo, os autores citam que a alta resposta elétrica do material, a porosidade e a rede condutora contínua garantem que esses eletrodos de filme de TiO2-C alcancem alta capacidade específica, de nível comercial, boa capacidade de taxa e desempenho de ciclismo de longo prazo em baterias de íons de sódio.
Este projeto dos filmes à base de TiO2 compostos por subunidades de nanofolhas porosas de TiO2-C realizou a junção de desempenhos eletroquímicos e propriedades mecânicas, além de fornecer uma maneira prática e viável para a próxima geração de baterias de íons de sódio com alta performance, flexíveis e de alta energia.
WANG, H.; FU, J.; WANG, C.; ZHANG, R.; LI, Y. YANG, Y.; LI, H.; SUN, Q.; LI, H. Foldable high-strength electrode enabled by nanosheet subunits for advanced sodium-ion batteries. InfoMat. 2022; 4( 2):e12241. doi:10.1002/inf2.12241
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