A OFERTA BÁSICA

Os novos desenhos de materiais são imperativos para alcançar os avanços fundamentais nos sistemas de conversão e armazenamento de energia. Ambos são vitais para o desafio de mitigar o aquecimento global, o que exige uma substituição da suplementação energética, sem a dependência de combustíveis de combustão ambientalmente comprometedores.

Oferecemos materiais quantum-confinados e atomicamente arquitectados para melhorar os resultados dos sistemas de armazenamento de energia, em aplicações de nicho onde a leveza, a resistência ao calor e/ou à degradação por radiação, o alto desempenho e a longevidade com materiais de baixo volume são um requisito essencial.

MATERIAIS DE BATERIA ATOMICAMENTE MODIFICADOS

Na tecnologia contemporânea de armazenamento de bateria/energia, os eléctrodos à base de silício(Si)sofrem de enormes alterações de volume, durante os processos de litíase/deliteração. Isto resulta na pulverização de nanoestruturas de silício e, consequentemente, num encurtamento das propriedades cíclicas das baterias.

O Carboneto de Siliceno (SixC) é a cerâmica mais resistente à corrosão, com a capacidade de manter a sua resistência até 1400°C (2552°F). Na forma nanoestruturada e atomicamente arquitectada, o SixC apresenta uma dureza bastante elevada, preservando a sua estrutura após longos tempos de ciclagem. 

O SixC nanoestruturado utilizado como material anódico em baterias de iões de lítio (LIBs) apresenta uma estabilidade ciclística superior, boa capacidade de classificação e baixa impedância. Quanto mais pequeno for o tamanho do material arquitectado atomicamente, maior será a sua tolerância à tensão/ deformação. Isto minimiza a pulverização e aumenta a duração do ciclo de vida de uma bateria na qual tais materiais atomicamente arquitectados são incorporados.

Os nanotubos de SixC com arquitetura atómica encontram aplicabilidade em micro-ultracapacitores de alta temperatura, nos quais estudos demonstraram que apresentam uma estabilidade excepcional, com uma vida útil prolongada.

A nanotecnologia é aquele domínio contra-intuitivo, em que é necessário menos material para alcançar mais funcionalidade, à medida que a área de superfície aumenta significativamente, com a miniaturização do tamanho. Com materiais de tão elevada área de superfície, especialmente na gama de tamanho quântico-confinamento (< 20 nm), torna-se possível alcançar sistemas de alto desempenho, duráveis e leves, utilizando muito pouco material quântico. A arquitectura atómica é o passo extra incorporado nos nossos processos de concepção e fabrico de materiais, para aumentar tanto a funcionalidade como a compatibilidade ambiental dos materiais quânticos, tornando assim o seu âmbito de aplicabilidade mais eficiente e versátil. O objectivo essencial do progresso, reside em aumentar a densidade energética de um material, e não o seu volume.

O DOMÍNIO QUÂNTICO

O progresso no regime quântico dos nanomateriais atomicamente arquitectados não tem a ver com o aumento do volume. O aumento de escala no domínio quântico é mais através de um aumento da área de superfície e consequentemente do desempenho material, do que da quantidade material. É feito com um entendimento de como 

reposicionar mais átomos no campo operacional da superfície do material. O aumento da relação superfície/volume, como é o caso dos materiais quânticos, melhora tanto a energia como a densidade de potência, em virtude de um aumento da área electroquimicamente activa e de uma redução dos comprimentos de transporte. Menos é mais: Trata-se de aproveitar a energia bruta, o átomo descoordenado, aberto para explorações substanciais. 

Os materiais quantum-confinados oferecem uma plataforma operacional mais potente, na qual é necessário apenas um pouco de material, para realizar o trabalho. Com tais materiais, consegue-se obter dispositivos duráveis mais pequenos, mais leves, mas robustos e substancialmente eficientes, porque as dimensões dos materiais quânticos são demasiado pequenas (< 20 nm) para permitir os processos micromecânicos de deformação e fractura a granel, melhorando assim o seu ciclo de vida. 

O domínio dos materiais quânticos representa o menos explorado industrialmente, mas o mais desejado domínio dos materiais para o avanço da nanotecnologia nos dias de hoje. Representam também o conjunto de materiais mais desafiante para fabricar, quanto mais para cobrir a procura industrial. O NANOARC ultrapassou o obstáculo e, portanto, faz esta oferta de nanomateriais quânticos, atomicamente arquitectados, para o melhoramento das tecnologias de baterias da próxima geração. 

O TAMANHO DA PARTÍCULA QUÂNTICA É IMPORTANTE

Uma nanopartícula deve ser capaz de proibir a formação de contornos de grão. No tamanho de 10 nm, apenas uma ou duas discordâncias podem caber dentro de um grão. Na maioria dos materiais, isto significa nanopartículas bem abaixo de 10 nm, uma vez que, em tamanhos maiores de nanopartículas, começam a surgir limites de grão secundários. Por exemplo, em materiais como o SnOx, o tamanho crítico para a emergência dos limites de grão é de 7 nm.

Por que razão este tamanho é crítico?

Os limites de grão são defeitos bidimensionais numa estrutura cristalina que tendem a diminuir a condutividade elétrica e térmica de um material. A maioria dos contornos de grão são locais preferenciais para o início da corrosão.

Os limites dos grãos são fronteiras intransponíveis para discordâncias e o número de discordâncias dentro de uma nanopartícula afeta o modo como a tensão se acumula no grão adjacente, acabando por ativar fontes de discordância e permitindo assim também a deformação no grão vizinho.

Ao reduzir o tamanho das nanopartículas, pode-se influenciar o número de discordâncias empilhadas no limite de grão e aumentar o seu limite de escoamento, ou seja, a tensão máxima que a nanopartícula tolera antes do início da deformação.

Um exemplo deste tamanho crítico verifica-se no SnOx, que é o material anódico para baterias mais explorado. Com um raio bohr de ~ 2,7 nm, significa que o SnOx confinado quântico com diâmetros abaixo de 5 nm seria mais adequado para ânodos baseados em SnOx para resistência reforçada à deformação/pulverização e ao fornecimento de uma vida útil significativamente extensa da bateria.