Nanofitas de fósforo em 2D prometem aumento de capacidade de baterias

Carregamento rápido, baterias de alta capacidade e dispositivos flexíveis que eliminam a eletricidade do calor desperdiçado são apenas algumas das tecnologias que poderiam ser possíveis após um primeiro desenvolvimento mundial por pesquisadores do Reino Unido.

Pesquisadores da University College London (UCL) pela primeira vez fizeram nanofitas de fósforo cristalino, que eles afirmam poder ter uma ampla gama de aplicações em armazenamento de energia e eletrônica.

Em um artigo publicado na revista Nature, os pesquisadores, juntamente com membros da equipe da Universidade de Bristol, da Virginia Commonwealth University e da École Polytechnique Fédérale de Lausanne, descrevem como produziram as pequenas fitas de fósforo por acidente.

Os pesquisadores estavam tentando produzir folhas bidimensionais de fosforeno – o equivalente de fósforo do grafeno – misturando fósforo preto com íons de lítio dissolvidos em amônia líquida a -50 graus Celsius. Após 24 horas eles removeram a amônia e substituíram por um solvente orgânico.

Mas, em vez de criar folhas, descobriram que haviam feito fitas do material, de acordo com Chris Howard, da UCL, um dos autores do artigo.

“Nesse meio tempo, percebemos que os artigos continuavam sendo publicados na literatura sobre propriedades realmente interessantes, úteis e exóticas que poderiam ser possíveis se alguém pudesse produzir fitas de fosforeno”, disse Howard.

Nanofitas

Assim, os pesquisadores começaram a ajustar seus processos até que pudessem produzir amostras nas quais a maioria dos conteúdos eram fitas, disse ele.

As fitas se formam com uma altura típica de uma camada atômica, larguras de 4-50 nanômetros, e são de até 75 µm de comprimento. Eles são extremamente planos, cristalinos e extraordinariamente flexíveis, disse Mitch Watts, o primeiro autor do artigo.

“Além disso, alterando a largura ou o número de camadas da faixa de opções, você pode ajustar as propriedades eletrônicas para aplicativos específicos”, disse Watts.

O uso de fitas de fosforeno dentro das baterias pode levar a dispositivos com difusão extremamente rápida de íons de lítio, resultando em carregamento rápido. As baterias contendo fitas de fosforeno também podem ter quase o dobro da capacidade dos dispositivos tradicionais de íons de lítio, disse Howard.

O material também foi calculado para ter um valor muito alto de mérito como termoelétrico, o que significa que ele pode converter calor residual em eletricidade, e sua flexibilidade significa que ele poderia ser usado para alimentar dispositivos portáteis, disse ele.

As nanofitas também têm uma série de propriedades que permitem dividir a água em oxigênio e hidrogênio na exposição à luz, enquanto também podem ser usadas em optoeletrônica e nanoeletrônica.

A pesquisa foi financiada pelo EPSRC e pela Royal Academy of Engineering.

Com informações da University College London (UCL) e da revista Nature