Material atômico chega à espessura das baterias

Redação do Site Inovação Tecnológica -  28/05/2018

Cristais líquidos alinham as camadas monoatômicas, mantendo os canais para transportes de íons, essenciais para as aplicações em armazenamento de energia. [Imagem: Drexel]

MXenos

Os materiais monoatômicos - como o grafeno e outros mil-fenos - funcionam magistralmente no laboratório, mas fazê-los passar para a escala industrial tem sido um desafio tão grande que muitos cientistas já vêm questionando se isso será realmente possível.

O problema com as técnicas atuais é que, quando a espessura do material chega a cerca de 100 micrômetros, que é o padrão da indústria para dispositivos de armazenamento de energia, por exemplo, os materiais perdem suas tão maravilhosas funcionalidades.

Uma primeira solução para essa dificuldade veio agora usando uma família de materiais menos conhecida, chamada de Mxenos (lê-se "mecsenos"), descoberta em 2014.

Mxenos são materiais cerâmicos baseados em carbetos ou nitretos e dispostos em camadas monoatômicas, como o grafeno e a molibdenita.

Flexível para fazer coisas rígidas

Yu Xia e seus colegas das universidades de Drexel e Pensilvânia, nos EUA, conseguiram montar películas de MXenos de uma espessura que torna o material utilizável em baterias e supercapacitores. Quando o material espesso resultante é visto ao microscópio, o que se percebe é que as folhas monoatômicas de MXeno se alinham verticalmente, preservando suas funcionalidades.

Isso foi possível usando um tipo de cristal líquido, o mesmo material usado nas telas de celulares e TVs, para guiar a automontagem das folhas de MXenos. O processo manteve os canais que permitem o movimento dos íons quase intactos, como eles existem nas folhas monoatômicas, mantendo a densidade de energia (quanta energia o dispositivo consegue armazenar) e a densidade de potência (a velocidade com que o dispositivo pode ser recarregado).

"Nosso processo funciona através da automontagem", disse o professor Shu Yang. "Por isso, ele é muito mais barato e pode ser escalonável para uma área grande. No final, é o conceito de usar materiais flexíveis com alinhamento e ordenação interessantes para alinhar materiais rígidos com nanoestruturas e funcionalidades interessantes que é o maior avanço."

Bibliografia:

Thickness-independent capacitance of vertically aligned liquid-crystalline MXenes
Yu Xia, Tyler S. Mathis, Meng-Qiang Zhao, Babak Anasori, Alei Dang, Zehang Zhou, Hyesung Cho, Yury Gogotsi, Shu Yang
Nature Physics
Vol.: 557, pages 409-412
DOI: 10.1038/s41586-018-0109-z