BR112019004128B1 - Dispositivo de armazenamento de energia - Google Patents

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Maher F. El-Kady
Richard B. Kaner
Matthew Kowal
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The Regents Of The University Of California
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Abstract

Trata-se de dispositivos de armazenamento de energia. Em algumas modalidades, os dispositivos de armazenamento de energia compreendem um eletrodo positivo que compreende um material à base de carbono que compreende folha (ou folhas) de carbono porosa. Processos de fabricação para fabricar os dispositivos de armazenamento de energia são revelados.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA
[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório n° U.S. 62/381.859, depositado em 31 de agosto de 2016, cujo pedido é incorporado ao presente documento a título de referência.
FUNDAMENTOS
[002] Como resultado das necessidades de energia rapidamente crescentes da vida moderna, o desenvolvimento de dispositivos de armazenamento de energia de alto desempenho ganhou atenção significante.
[003] Baterias de íon-lítio (LIBs) são muito populares em eletrônicos portáteis devido à sua alta densidade de energia e pequeno efeito de memória. As mesmas têm uma função importante no progresso de veículos elétricos, ferramentas de potência e aplicações militares e aeroespaciais. LIBs, em alguns casos, dominam o mercado para armazenamento de energia. Entretanto, assim como qualquer outro sistema de armazenamento, LIBs ainda sofrem de muitas desvantagens. Embora os dispositivos eletrônicos normais tenham apresentado progresso muito rápido após a lei de Moore, as baterias avançaram apenas levemente, principalmente devido à falta de materiais novos com alta capacidade de armazenamento de carga.
SUMÁRIO
[004] É reconhecida no presente documento a necessidade por dispositivos de armazenamento de energia de alto desempenho (também “dispositivos” no presente documento). São fornecidos no presente documento materiais à base de carbono, processos de fabricação e dispositivos com desempenho melhorado.
[005] Em algumas modalidades, a presente divulgação fornece baterias (por exemplo, baterias recarregáveis) que podem evitar desvantagens da tecnologia de bateria atual. São fornecidos no presente documento os materiais e processos de fabricação de tais baterias. Em algumas modalidades, baterias de íon-lítio (LIBs) à base de carbono que podem evitar desvantagens da tecnologia de LIB atual são reveladas. As baterias à base de carbono reveladas no presente documento podem fornecer o desempenho melhorado em comparação com LIBs comerciais. Em certas modalidades, as baterias descritas no presente documento podem ter o dobro de carga em comparação com LIBs comerciais. As baterias descritas no presente documento podem ter o dobro da capacidade de células comerciais, fornecer o dobro da potência de células comerciais, ter um ciclo de vida e ser usadas pelo dobro de tempo, ou qualquer combinação dos mesmos. Em certas modalidades, as baterias descritas no presente documento podem não apenas ter o dobro da capacidade de células comerciais, como também podem fornecer duas vezes a potência e ser usadas pelo dobro de tempo.
[006] As baterias descritas no presente documento podem ter uma função importante numa ou mais aplicações ou áreas, por exemplo, eletrônicos portáteis (por exemplo, telefones celulares, computadores e câmeras), dispositivos médicos (por exemplo, dispositivos médicos de sustentação de vida e intensificação de vida, incluindo marca-passos, desfibriladores, aparelhos auditivos, dispositivos de gerenciamento de dores e bombas de fármacos), veículos elétricos (por exemplo, baterias com longa vida útil são necessárias para melhorar a indústria de veículos elétricos), espaço (por exemplo, as baterias podem ser usadas no espaço para potencializar sistemas espaciais, incluindo rovers, aterrissadores, trajes espaciais e equipamentos eletrônicos), baterias militares (por exemplo, os militares usam baterias especiais para potencializar vários eletrônicos e equipamentos; a massa e volume reduzidos das baterias descritas no presente documento são altamente preferidas), aeronave elétrica (por exemplo, uma aeronave que funciona por motores elétricos em vez de os motores de combustão interna, com a eletricidade proveniente de células ou baterias solares), armazenamento de energia em rede (por exemplo, as baterias podem ser usadas para armazenar energia elétrica durante momentos quando a produção de usinas de potência excederem o consumo e a energia armazenada puder ser usada em tempos quando o consumo exceder a produção), energia renovável (por exemplo, visto que o sol não brilha à noite e o vento não sopra em todos os momentos, as baterias nos sistemas de potência fora de rede podem armazenar eletricidade excessiva a partir de fontes de energia renováveis para uso durante horas após o pôr do sol e quando o vento não sopra; baterias de alta potência podem coletar energia de células solares com eficácia mais alta do que as baterias do estado da técnica atual), ferramentas de potência (por exemplo, as baterias descritas no presente documento podem possibilitar o carregamento rápido de ferramentas de potência sem fio, como furadeiras, brocas, serras, chaves inglesas e esmeris; as baterias atuais têm um tempo de carregamento longo), ou qualquer combinação dos mesmos.
[007] Outros objetivos e vantagens do dispositivo da presente divulgação serão adicionalmente observados e entendidos quando considerados em combinação com a descrição a seguir e os desenhos anexos. Embora a descrição a seguir possa conter detalhes específicos que descrevem as modalidades particulares do dispositivo da presente divulgação, isto não deve ser interpretado como limitações ao escopo do dispositivo da presente divulgação, mas em vez disto, como uma exemplificação de modalidades preferenciais. Para cada aspecto do dispositivo da presente divulgação, muitas variações são possíveis, conforme sugerido no presente documento, as quais são conhecidas por indivíduos de habilidade comum na técnica. Uma variedade de mudanças e modificações podem ser feitas no escopo da presente divulgação sem se afastar do espírito da mesma.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[008] Os recursos do dispositivo da presente divulgação são apresentados com particularmente nas reivindicações anexas. Um entendimento melhor dos recursos e vantagens do dispositivo da presente divulgação será obtido por referência à descrição detalhada a seguir que apresenta modalidades ilustrativas, cujos princípios do dispositivo da presente divulgação são utilizados, e os desenhos ou figuras anexas (adicionalmente “FIG.” e “FIGs” no presente documento), em que:A FIG.1 ilustra esquematicamente um exemplo para produzir folhas de carbono porosas.
[009] A FIG.2 ilustra esquematicamente um exemplo de um processo de fabricação para manufatura de uma bateria que compreende um material à base de carbono de acordo com a presente divulgação.
[0010] A FIG.3 mostra um exemplo de revestimento de uma pasta fluida com o uso de processamento de rolo a rolo de grande escala.
[0011] A FIG.4 mostra um exemplo de um processo em que uma folha metálica de alumínio é usada como um substrato e o processo começa com desenrolamento de uma folha metálica de alumínio para revestir uma pasta fluida.
[0012] A FIG. 5 mostra um exemplo de uma vista em primeiro plano de uma pasta fluida como é revestida numa folha metálica de alumínio/coletor de corrente (pasta fluida é negra).
[0013] A FIG. 6 mostra um exemplo de um eletrodo/filme revestido após a secagem a 120 °C com o uso de um forno de aquecimento em linha.
[0014] A FIG. 7 mostra um exemplo de re-enrolamento de uma folha metálica de alumínio após ter sido revestida.
[0015] A FIG. 8 ilustra esquematicamente os exemplos de várias formas de carbono.
[0016] A FIG.9 é uma ilustração esquemática de um exemplo de uma estrutura de uma bateria.
[0017] A FIG.10 mostra um exemplo de um processo de fabricação de uma célula.
[0018] A FIG.11 mostra exemplos de células finalizadas.
[0019] A FIG.12 mostra um exemplo de realização de uma célula com base em fosfato de íon-lítio (LFP).
[0020] A FIG.13 é uma ilustração esquemática de um exemplo de uma estrutura de uma bateria.
[0021] A FIG.14 mostra um exemplo de um processo de fabricação de uma célula.
[0022] A FIG.15 mostra exemplos de células finalizadas.
[0023] A FIG.16 mostra um exemplo de desempenho de uma célula à base de óxido de lítio-níquel-cobalto-alumínio (NCA).
[0024] A FIG.17 é uma ilustração esquemática de um exemplo de uma estrutura de uma bateria.
[0025] A FIG. 18 é uma vista aérea de um exemplo de um processo de montagem de uma célula.
[0026] A FIG.19 é uma vista em seção transversal de um exemplo de um processo de montagem de uma célula.
[0027] A FIG. 20 mostra um exemplo de um processo de montagem de uma célula.
[0028] A FIG. 21 mostra um exemplo de uma célula finalizada.
[0029] A FIG. 22 mostra um exemplo de desempenho de uma célula à base de óxido de lítio-níquel-manganês-cobalto (NMC).
[0030] A FIG. 23 é um diagrama que mostra um exemplo de um método com base em Hummers (por exemplo, método de Hummers modificado) para produzir óxido de grafite.
[0031] A FIG. 24 é um diagrama que mostra um exemplo de um método para produzir óxido de grafite.
[0032] A FIG. 25 mostra um método exemplificativo para revestir um filme com pasta fluida.
[0033] A FIG. 26 mostra medições de capacidade de dispositivos de armazenamento de energia exemplificativos.
[0034] A FIG. 27 mostra medições de resistência em série equivalente (ESR) de dispositivos de armazenamento de energia exemplificativo.
[0035] A FIG. 28 mostra medições de ESR dinâmica exemplificativas de um dispositivo de armazenamento de energia exemplificativo.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0036] São fornecidos presente documento materiais à base de carbono, processos de fabricação, e dispositivos com desempenho melhorado. Em algumas modalidades, a presente divulgação fornece baterias (por exemplo, baterias de íon-lítio (LIBs)) que compreendem o material à base de carbono e seus processos de fabricação. Tais baterias podem evitar as desvantagens da tecnologia de bateria atual (por exemplo, LIB). Uma bateria da presente divulgação pode compreender uma ou mais células de bateria. Uma célula de bateria pode compreender um eletrodo positivo e um eletrodo negativo separados por um separador que compreende um eletrólito. O eletrodo positivo pode ser um cátodo durante a descarga. O eletrodo negativo pode ser um ânodo durante a descarga.
[0037] Em algumas modalidades, uma pluralidade de células de bateria pode ser disposta (por exemplo, interconectada) num conjunto de baterias. Um conjunto de baterias grande (por exemplo, conjunto de baterias de íon-lítio) pode armazenar a carga de painéis solares de telhado para fornecer a potência para eletrodomésticos. O conjunto de baterias grande pode auxiliar na estabilização da rede elétrica. O conjunto de baterias pode grande pode levar a sistemas de potência independente que podem funcionar completamente fora da rede.
MATERIAL À BASE DE CARBONO
[0038] A FIG. 8 ilustra esquematicamente os exemplos de várias formas de carbono 805, 810, 815, 820, e 825. Tais formas de carbono podem formar vários materiais à base de carbono. As formas de carbono podem compreender grupos funcionais. Uma dada forma de carbono pode compreender, por exemplo, um ou mais grupos funcionais hidroxila e/ou epóxi 830, um ou mais grupos funcionais carboxílicos 835, um ou mais outros grupos funcionais (por exemplo, grupos funcionais carbonila), ou qualquer combinação dos mesmos. A forma de carbono 805 pode ser, por exemplo, grafite. O grafite pode compreender uma pluralidade de folhas de carbono 840 (por exemplo, maior do que ou igual a cerca de 100, 1000, 10000, 100000, 1 milhão, 10 milhões, 100 milhões ou mais) que têm, cada uma, um átomo de espessura. A pluralidade de folhas de carbono 840 pode ser empilhada uma sobre a outra (por exemplo, como resultado de forças de van der Waals fortes). As folhas de carbono 840 podem permanecer juntas, de modo que o interior da pilha possa não ser acessível (por exemplo, apenas as folhas de topo e fundo podem ser acessíveis, enquanto as folhas interiores permanecem juntas devido às interações de van der Waals de modo que nenhum poro esteja presente). A forma de carbono 805 pode incluir substancialmente nenhum grupo funcional. A forma de carbono 810 pode ser, por exemplo, grafeno. O grafeno pode compreender uma folha de carbono 845 que tem um átomo de espessura. A forma de carbono 810 pode incluir substancialmente nenhum grupo funcional. A forma de carbono 815 pode ser, por exemplo, óxido de grafeno (por exemplo, óxido de grafite singular em solução). O óxido de grafeno pode compreender uma folha de carbono 850 que tem um átomo de espessura. Em algumas modalidades, uma ou mais formas de carbono 815 podem se aglomerar. Em tais casos, as folhas de carbono individuais 815 podem ser separadas. As folhas de carbono podem não se aglomerar devido às interações de van der Waals. A forma de carbono 815 pode incluir um ou mais grupos funcionais hidroxila e/ou epóxi 830, e um ou mais grupos funcionais carboxílicos 835. Os grupos funcionais hidroxila e/ou epóxi 830 podem ser fixados ou associados/ligados de outro modo às superfícies da folha de carbono 850. Os grupos funcionais carboxílicos 835 podem ser fixados ou associados/ligados de outro modo às bordas da folha de carbono 850. A forma de carbono 825 pode ser, por exemplo, óxido de grafeno de poucas camadas (por exemplo, óxido de grafite de camada dupla ou camada tripla em solução). O óxido de grafeno de poucas camadas pode compreender duas ou mais folhas ou camadas de carbono 860 que têm, cada uma, um átomo de espessura. As duas ou mais folhas ou camadas de carbono 860 podem ser mantidas juntas por interações de van der Waals. Em algumas modalidades, o óxido de grafeno de poucas camadas pode compreender mais ou igual a 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10 folhas ou camadas de carbono 860. Numa modalidade, o óxido de grafeno de poucas camadas pode compreender menos do que ou igual a 10 folhas ou camadas de carbono 860 (por exemplo, até 10 folhas ou camadas de carbono). Em algumas modalidades, o óxido de grafeno de poucas camadas pode compreender entre 2 e 3, 2 e 4, 2 e 5, 2 e 6, 2 e 7, 2 e 8, 2 e 9, 2 e 10, 3 e 4, 3 e 5, 3 e 6, 3 e 7, 3 e 8, 3 e 9, 3 e 10, 4 e 5, 4 e 6, 4 e 7, 4 e 8, 4 e 9, 4 e 10, 5 e 6, 5 e 7, 5 e 8, 5 e 9, 5 e 10, 6 e 7, 6 e 8, 6 e 9, 6 e 10, 7 e 8, 7 e 9, 7 e 10, 8 e 9, 8 e 10, ou 9 e 10 folhas ou camadas de carbono 860. Em algumas modalidades, o óxido de grafeno de poucas camadas pode compreender entre 2 e 4, ou 2 e 3 folhas ou camadas de carbono 860. Numa modalidade, o óxido de grafeno de poucas camadas compreende até 4 folhas ou camadas de carbono 860. Em outra modalidade, o óxido de grafeno de poucas camadas compreende até 4 folhas ou camadas de carbono 860. A forma de carbono 825 pode incluir um ou mais grupos funcionais carboxílicos 835. Os grupos funcionais carboxílicos 835 podem ser fixados ou associados/ligados de outro modo às bordas de uma ou mais dentre as folhas de carbono 860. Em algumas modalidades, os grupos funcionais carboxílicos 835 podem ser primariamente ou somente fixados ou associados/ligados de outro modo às bordas das folhas de carbono de topo ou de fundo 860 numa pilha das folhas ou camadas de carbono 860. Em algumas modalidades, os grupos funcionais carboxílicos 835 podem ser fixados ou associados/ligados de outro modo às bordas de qualquer uma (por exemplo, cada uma ou pelo menos 2, 3, 4 ou mais) dentre as folhas de carbono 860. A forma de carbono 820 pode ser, por exemplo, óxido de grafeno reduzido (por exemplo, folhas de carbono porosas (PCS) formadas em solução). O óxido de grafeno reduzido pode compreender uma folha de carbono 855 que tem um átomo de espessura. A forma de carbono 820 pode incluir um ou mais grupos funcionais carboxílicos 835. Os grupos funcionais carboxílicos 835 podem ser fixados ou associados/ligados de outro modo às bordas da folha de carbono 855.
[0039] A presença e a quantidade de grupos funcionais podem afetar a razão atômica entre carbono e oxigênio (C:O) geral das formas de carbono na FIG. 8. Por exemplo, as formas de carbono 825 e 815 podem diferir na quantidade e/ou tipo de funcionalidade de oxigênio. Tais diferenças podem afetar suas respectivas razões atômicas C:O. Em outro exemplo, a forma de carbono 825 pode ser produzida mediante oxidação da forma de carbono 805, e a forma de carbono 825 pode ser, por sua vez, adicionalmente oxidada para a forma de carbono 815. Será observado que cada uma das formas de carbono a FIG. 8 pode ser produzida por meio de uma ou mais vias, e/ou pelo menos algumas das formas de carbono na FIG. 8 podem ser transformadas de uma para outra pelo menos em algumas implantações. Por exemplo, a forma de carbono 815 pode ser formada por meio de uma via alternativa.
[0040] Em algumas modalidades, um óxido de grafite de camada única e óxido de grafeno (GO) podem compreender entre cerca de 93% e 96% (por exemplo, em peso) de óxido de grafeno singular (por exemplo, forma de carbono 815 na FIG. 8). Em algumas modalidades, um GO de múltiplas camadas pode compreender uma dada distribuição (por exemplo, em peso) de várias camadas (por exemplo, uma distribuição de formas de carbono 825 com números diferentes de camadas). Por exemplo, um GO de múltiplas camadas pode compreender mais do que ou igual a cerca de 5%, 10%, 15%, 25%, 50%, 75%, 85%, 90%, ou 95% (por exemplo, em peso) de uma forma de carbono 825 com um dado número de camadas (por exemplo, 3 ou 4). O GO de múltiplas camadas pode compreender tais porcentagens de uma forma de carbono 825 junto com menos do que ou igual a cerca de 95%, 90%, 75%, 50%, 25%, 15%, 10%, ou 5% (por exemplo, em peso) de outra forma de carbono 825 com um número diferente de camadas. Um GO de múltiplas camadas pode compreender menos do que cerca de 95%, 90%, 85%, 75%, 50%, 25%, 15%, 10%, ou 5% (por exemplo, em peso) de uma forma de carbono 825 com um dado número de camadas.
[0041] Em alguns casos, apenas bordas do grafite podem ser oxidadas enquanto o material mantém uma porção grande das propriedades condutoras de grafeno (por exemplo, consultar a forma de carbono 825 na FIG. 8). O GO da primeira reação pode ter uma ou mais propriedades (por exemplo, condutividade) que são, até um dado tempo de reação do GO, substancialmente iguais ou similares àquelas de GO reduzido. Por exemplo, o GO e GO reduzido podem ser substancialmente iguais ou similares em termos de uma ou mais propriedades abaixo de um dado grau de oxidação do GO. Num exemplo, quando oxidado (por exemplo, a partir da forma de carbono 805) para a forma de carbono 825, o GO pode ter uma ou mais propriedades que são substancialmente iguais ou similares a GO reduzido produzido a partir de uma ou mais dentre as formas de carbono oxidadas na FIG. 8 (por exemplo, substancialmente igual ou similar ao GO reduzido produzido a partir da forma de carbono 825). O GO pode ou pode não manter uma ou mais de tais propriedades mediante oxidação adicional. Por exemplo, se a forma de carbono 825 for adicionalmente oxidada à forma de carbono 815, uma ou mais de tais propriedades podem diferir (por exemplo, podem começar a diferir) do GO reduzido.
[0042] Em algumas modalidades, o material à base de carbono da presente divulgação compreende uma ou mais PCS. O material à base de carbono pode ser dispersado em solução. Por exemplo, a PCS pode ser formado através de redução química em solução (por exemplo, conforme descrito em maiores detalhes em outra parte no presente documento). Uma PCS pode ter um teor de oxigênio menor do que ou igual a cerca de 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4,5%, 4%, 3,5%, 3%, 2,5%, 2%, 1,5%, 1%, ou 0,5%. Uma PCS pode ter um tamanho de poros menor do que ou igual a cerca de 10 nanômetros (nm), 9 nm, 8 nm, 7 nm, 6 nm, 5 nm, 4 nm, 3 nm, 2 nm, ou 1 nm. Uma PCS pode ter um tamanho de poros maior do que ou igual a cerca de 1 nm. Uma PCS pode ter um tamanho de poros entre cerca de 1 nm e 2 nm, 1 nm e 3 nm, 1 nm e 4 nm, 1 nm e 5 nm, 1 nm e 6 nm, 1 nm e 7 nm, 1 nm e 8 nm, 1 nm e 9 nm, 1 nm e 10 nm, 2 nm e 3 nm, 2 nm e 4 nm, 2 nm e 5 nm, 2 nm e 6 nm, 2 nm e 7 nm, 2 nm e 8 nm, 2 nm e 9 nm, 2 nm e 10 nm, 3 nm e 4 nm, 3 nm e 5 nm, 3 nm e 6 nm, 3 nm e 7 nm, 3 nm e 8 nm, 3 nm e 9 nm, 3 nm e 10 nm, 4 nm e 5 nm, 4 nm e 6 nm, 4 nm e 7 nm, 4 nm e 8 nm, 4 nm e 9 nm, 4 nm e 10 nm, 5 nm e 6 nm, 5 nm e 7 nm, 5 nm e 8 nm, 5 nm e 9 nm, 5 nm e 10 nm, 6 nm e 7 nm, 6 nm e 8 nm, 6 nm e 9 nm, 6 nm e 10 nm, 7 nm e 8 nm, 7 nm e 9 nm, 7 nm e 10 nm, 8 nm e 9 nm, 8 nm e 10 nm, ou 9 nm e 10 nm. Por exemplo, a PCS pode ter um tamanho de poros entre cerca de 1 nm e 4 nm, ou 1 nm e 10 nm. A PCS pode ter um ou mais tamanhos de poro (por exemplo, a PCS pode ter uma distribuição de tais tamanhos de poro).
MÉTODOS PARA FORMAR UM MATERIAL À BASE DE CARBONO
[0043] A FIG. 1 ilustra esquematicamente um exemplo para produzir PCS. O grafite 101 pode ser quimicamente oxidado e esfoliado para óxido de grafite ou óxido de grafeno 102. Com o propósito desta divulgação, os termos óxido de grafite e óxido de grafeno são usados de modo intercambiável. Em alguns casos, óxido de grafite e óxido de grafeno são coletivamente denominados no presente documento como “GO.”
[0044] O grafite 101 pode ser quimicamente oxidado e esfoliado para o GO com o uso de método de Hummers e método de Hummers modificado (e várias modificações do mesmo, por exemplo, vários métodos derivados do método de Hummers modificado, incluindo métodos renomeados derivados do método de Hummers modificado), coletivamente denominados no presente documento como métodos com base em Hummers.
[0045] Em certas modalidades, um método com base em Hummers (por exemplo, um método de Hummers modificado) pode necessitar de diversas semanas de purificação, lavagens de ácido clorídrico (HCl) dispendiosas, técnica apropriada que é deixada para o julgamento do cientista individual, e/ou um produto resultante que gera algumas vezes resultados aceitáveis e algumas vezes não gera resultados aceitáveis.
[0046] A FIG. 23 mostra um exemplo de um método com base em Hummers (por exemplo, um método de Hummers modificado) para produzir óxido de grafite. O método inclui, numa primeira etapa, adicionar 15 gramas (g) de grafite a 750 mililitros (ml) de ácido sulfúrico concentrado (H2SO4) a 0 °C com o uso de um banho de gelo. O método inclui adicionalmente, numa segunda etapa, adicionar 90 g de permanganato de potássio (KMnO4) (exotérmico). Uma terceira etapa inclui remover o frasco de reação do banho de gelo e esperar 2 horas. Uma quarta etapa inclui colocar o frasco de reação de volta no banho de gelo. Numa quinta etapa, 1,5 litros (l) de água (H2O) são adicionados por gotejamento ao longo do curso de cerca de 1 a 1,5 horas enquanto se mantém a temperatura a 45 °C (controlar a temperatura pela taxa de adição de água e adicionando-se gelo a um banho de gelo em fusão). Em certas modalidades, o banho de gelo da primeira e/ou segunda etapas pode ser mantido e/ou recarregado para uso na quarta e/ou quinta etapas. Uma sexta etapa inclui remover o frasco de reação do banho de gelo e esperar por 2 horas. Uma sétima etapa inclui arrefecer bruscamente a reação com 4,2 l de H2O e, então, 75 ml peróxido de hidrogênio 30% (H2O2). Uma oitava etapa inclui a purificação. A purificação envolve cinco lavagens de HCl, seguida por nove lavagens de H2O, seguida permitindo-se que a solução se seque com ar por cerca de 2 semanas e, então, reidrate o óxido de grafite secado com uma quantidade conhecida de água e sela colocado em diálise por cerca de 2 semanas. Num exemplo, o tempo de processamento total é cerca de 2 meses, e o custo total é $93/kg.
[0047] Alternativamente, o grafite 101 pode ser quimicamente oxidado e esfoliado para o GO com o uso de um método sem base em Hummers (por exemplo, a primeira reação descrita em maiores detalhes em outra parte no presente documento). O GO pode ser de formas diferentes (por exemplo, GO de camada única ou GO de múltiplas camadas). O GO 102 pode ser quimicamente reduzido e ativado para produzir PCS 103. A PCS 103 pode compreender poros 104. A PCS pode ser um material bidimensional.
[0048] No método sem base em Hummers, o grafite 101 pode ser quimicamente oxidado e esfoliado ao GO 102 numa primeira reação. A primeira reação pode ser seguida por uma primeira purificação. O GO 102 pode ser quimicamente reduzido para a PCS 103 numa segunda reação. A segunda reação pode ser seguida por uma segunda purificação. Em algumas modalidades, a primeira reação e/ou segunda reação pode permitir que GO e PCS, respectivamente, sejam produzidos numa grande escala (por exemplo, pela tonelada). Em algumas modalidades, a segunda reação pode ser realizada separadamente da primeira reação. Por exemplo, a segunda reação, em alguns cuidados seguida pela segunda filtração, pode ser realizada com o uso de qualquer matéria-prima de óxido de grafite com especificações adequadas.
[0049] A primeira reação pode incluir um processo de baixa temperatura para a produção de GO com produção de pelo menos cerca de 0,45 kg (1 libra) por dia, incluindo o tempo para purificação. A síntese de GO por meio da primeira reação pode ser ajustável em termos de controle de características de oxidação e quantidade de esfoliação, mais segura do que outros métodos devido aos controles de temperatura de procedimento e projetados, eficazes em seu uso mínimo de reagentes, configurados para serem completamente escaláveis, ou qualquer combinação dos mesmos. Em certas modalidades do método sem base em Hummers descrito no presente documento, a primeira reação pode produzir uma forma mais controlada de GO do que os métodos com base em Hummers, conforme descrito em maiores detalhes em outra parte no presente documento. Em algumas modalidades, este processo de baixa temperatura reduz a quantidade de produtos químicos usados e, desse modo, promete um custo mais baixo. Além disso, a temperatura de reação mais baixa do método pode reduzir o risco de explosão.
[0050] O GO produzido pela primeira reação pode ser adequadamente esfoliado (por exemplo, suficientemente esfoliado, mas não de modo a absorver uma quantidade muito grande de água). O GO pode ter uma quantidade e/ou tipo de funcionalidade de oxigênio que permite menos do que uma dada quantidade de água a ser absorvida. A quantidade e o tipo de funcionalidade de oxigênio podem mudar com o grau de oxidação. Conforme descrito em outra parte no presente documento, GO produzido com o uso da primeira reação descrita no presente documento pode compreender uma quantidade repetível (por exemplo, consistente) e/ou tipo de funcionalidade de oxigênio. Pelo menos uma porção da funcionalidade de oxigênio pode permitir que a água seja absorvida. O GO pode ser substancialmente (por exemplo, completamente) esfoliado, mas não superoxidado. O GO pode ser oxidado para um grau menor do que o que permite que a água seja absorvida numa quantidade adequadamente baixa (por exemplo, um óxido de grafite superoxidado pode compreender uma quantidade excessiva e/ou tipo inadequado (ou tipos inadequados) de funcionalidade de oxigênio que permite que uma quantidade excessiva de água seja absorvida).
[0051] Além disso, o grau de oxidação de óxido de grafite na primeira reação pode ser ajustado para possibilitar o controle satisfatório sobre a condutividade elétrica e as várias camadas de folhas de óxido de grafeno no produto final. Por exemplo, as condições de reação podem ser ajustadas para formar óxido de grafite de camada única ou óxido de grafite de múltiplas camadas. Os dois tipos de óxido de grafite podem ter propriedades diferentes. As propriedades podem incluir, por exemplo, dadas propriedades físico- químicas e/ou características de desempenho (por exemplo, condutividade ou pureza). Por exemplo, óxido de grafite de camada única ou óxido de grafite de múltiplas camadas pode ter propriedades condutoras diferentes. Em algumas modalidades, o produto de síntese de óxido de grafite resultante pode ser afetado por condições de reação e/ou por tipo ou qualidade da matéria-prima de grafite.
[0052] Uma matéria-prima de grafite pode incluir vários graus ou purezas, por exemplo, teor de carbono medido como, por exemplo, % em peso de carbono grafítico (Cg), tipos (por exemplo, grafite amorfo, por exemplo, 60% a 85% de carbono), grafite em flocos (por exemplo, maior do que 85% de carbono) ou grafite de veio (por exemplo, maior do que 90% de carbono), tamanhos (por exemplo, tamanho de mesh), formatos (por exemplo, floco grande, floco médio, pó ou grafite esférico), e origem (por exemplo, sintética ou natural, por exemplo, grafite em flocos natural). Tais características (por exemplo, propriedades físicas e químicas) podem afetar o tipo ou a qualidade do óxido de grafite. Por exemplo, o tamanho de mesh do grafite pode afetar o óxido de grafite resultante. O grafite pode ter um grau ou teor de carbono maior do que ou igual a cerca de 1%, 2%, 5%, 10%, 15%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, ou 99% (por exemplo, em peso). O grafite pode ter um grau ou teor de carbono de menos do que cerca de 100%, 99%, 98%, 97%, 96%, 95%, 94%, 93%, 92%, 91%, 90%, 85%, 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30%, 20%, 15%, 10%, 5%, 2%, ou 1% (por exemplo, em peso). O grafite pode ter tais graus ou teores de carbono num tamanho de mesh de maior do que ou igual a cerca de -200, -150, -100, -80, -50, -48, +48, +80, +100, +150, ou +200 de tamanho de mesh. Os tamanhos de mesh podem ser convertidos para se dimensionar em outras dimensões (por exemplo, mícrons). Outros exemplos de matérias-primas de grafite são fornecidos em outra parte no presente documento.
[0053] O método de síntese de GO sem base em Hummers da presente divulgação pode ser usado para formar GO com uma dada pureza ou grau (por exemplo, uma pureza ou grau mínimos). Em algumas modalidades, a pureza ou grau do GO podem ser fornecidos em termos de uma condutividade iônica medida no fim da purificação. A condutividade iônica pode fornecer uma métrica para o quanto de impureza o óxido de grafite contém. Em algumas modalidades, a condutividade iônica (por exemplo, para o método na FIG. 24) pode ser entre cerca de 10 microsiemens por centímetro (μS/cm) e 20 μS/cm, 10 μS/cm e 30 μS/cm, 10 μS/cm e 40 μS/cm, 10 μS/cm e 50 μS/cm, 20 μS/cm e 30 μS/cm, 20 μS/cm e 40 μS/cm, 20 μS/cm e 50 μS/cm, 30 μS/cm e 40 μS/cm, 30 μS/cm e 50 μS/cm, ou 40 μS/cm e 50 μS/cm. Em algumas modalidades, a condutividade iônica (por exemplo, para o método na FIG. 24) pode ser menor do que e igual a cerca de 50 μS/cm, 40 μS/cm, 30 μS/cm, 20 μS/cm ou 10 μS/cm. Em certas modalidades do método sem base em Hummers descrito no presente documento, a dada pureza ou grau pode ser alcançado pelo menos cerca de 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, ou 10 vezes mais rápido do que um método com base em Hummers. Em certas modalidades do método sem base em Hummers descritas no presente documento, da dada pureza ou grau pode ser alcançado entre cerca de 2 e 5, 2 e 8, ou 5 e 8 vezes mais rápido do que um método com base em Hummers. Em certas modalidades do método sem base em Hummers descrito no presente documento, a pureza ou grau pode ser alcançado nas taxas mais rápidas supracitadas devido ao fato de que o método com base em Hummers necessita de ácido clorídrico a ser removido por lavagem e é, portanto, mais lento para alcançar a dada pureza ou grau. A segunda reação pode ser usada para formar (por exemplo, a partir de GO produzido por meio da primeira reação) PCS com uma dada pureza ou grau (por exemplo, uma pureza ou grau mínimo). Em algumas modalidades, uma pureza ou grau da PCS pode ser pelo menos cerca de 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, 99,5%, ou 99,9% de carbono (por exemplo, em peso).
[0054] Em certas modalidades do método sem base em Hummers descritas no presente documento, o método sem base em Hummers (por exemplo, consultar a FIG. 24) pode ser mais rápido, seguro e barato e pode produzir resultados mais repetíveis do que os métodos com base em Hummers. Em algumas modalidades, a repetibilidade melhorada pode ser pelo menos em parte devido a uma temperatura de reação mais baixa do que um método com base em Hummers. Em algumas modalidades, o método sem base em Hummers descrito no presente documento produz GO com uma composição (por exemplo, razão atômica C:O e quantidade de funcionalidade de oxigênio) e/ou morfologia repetível a dentro de cerca de 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, ou 10%. Por exemplo, o método pode produzir GO com uma razão atômica C:O repetível dentro de cerca de 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, ou 10%. Em certas modalidades do método sem base em Hummers descrito no presente documento, o método sem base em Hummers pode incluir, por exemplo, purificação rápida sem o uso de HCl dispendioso e uma temperatura de reação mais baixa que reduz o risco de explosão.
[0055] Em certas modalidades do método sem base em Hummers descritas no presente documento, o método sem base em Hummers pode fornecer diversas vantagens ou benefícios por um método com base em Hummers. Por exemplo, em certas modalidades, o método sem base em Hummers descrito no presente documento pode ser menos dispendioso (por exemplo, num custo por massa de óxido de grafite de pelo menos cerca de 4 vezes menos do que um método com base em Hummers; menos peso por massa de óxido de grafite produzido do que um método com base em Hummers), mais rápido (por exemplo, lavagens de HCl removidas e/ou purificação mais rápida; pelo menos cerca de 2, 5, ou 8 vezes mais rápida do que (i) um método com base em Hummers ou (ii) com HCl e/ou sem secagem de ar; em menos do que ou igual a cerca de 1 semana), mais confiável (por exemplo, remoção de erro/julgamento humano), mais seguro (por exemplo, testes de reação em temperaturas mais baixas, por exemplo, a uma temperatura máxima de (i) menos do que cerca de 45 °C ou (ii) pelo menos cerca de 30 °C a menos do que uma temperatura máxima usada num método com base em Hummers), ou qualquer combinação dos mesmos.
[0056] A FIG. 24 é um diagrama que mostra um exemplo de um método para produzir óxido de grafite. O método na FIG. 24 fornece exemplos da primeira reação e da primeira purificação. O método inclui, numa primeira etapa, adicionar cerca de 15 g de grafite a cerca de 750 ml de H2SO4 concentrado a cerca de 0 °C com o uso de banho de gelo ou refrigerador recirculante. Numa segunda etapa, o método inclui adicionar cerca de 90 g de KMnO4 (exotérmico) enquanto mantém a temperatura abaixo de cerca de 15 °C com o uso de um banho de gelo ou refrigerador recirculante. Uma terceira etapa (adicionalmente a “etapa 3” no presente documento) inclui movimentar vigorosamente a reação por cerca de 45 minutos. A quarta etapa (também “etapa 4” no presente documento) inclui arrefecer bruscamente a reação adicionando-se a mistura de reação a cerca de 2,6 kg de gelo e, então, adicionando-se cerca de 75 ml de H2O2 30%. O método pode incluir adicionalmente uma quinta etapa que compreende purificação. Nesse exemplo, a purificação envolve cinco lavagens de H2O, seguidas por menos do que ou igual a cerca de 1 semana numa definição de diálise de fluxo contínuo. Num exemplo, o tempo de processamento total é cerca de 1 semana, e o custo total é $ 21/kg.
[0057] As condições de reação (tempo/duração e temperatura) na etapa 3 podem variar. Nesse exemplo, a reação na etapa 3 é resfriada por banho de gelo, e um tempo de cerca de 45 minutos é selecionado. Em outros exemplos, a duração pode ser conforme descrito em maiores detalhes em outra parte no presente documento, e a temperatura de reação pode variar com o tempo (duração) de acordo com condições de resfriamento específicas (por exemplo, presença ou ausência de resfriamento por banho de gelo).
[0058] A purificação na etapa 5 pode incluir pelo menos 1, 2, 3, 4, ou 5 ou mais lavagens H2O. A purificação na etapa 5 pode incluir 5 ou menos lavagens de H2O. A purificação pode incluir adicionalmente outras etapas de purificação de água, por exemplo, diálise. Por exemplo, a diálise pode incluir colocar o material num tubo poroso e remover (por exemplo, por lixiviação) íons do material através das paredes do tubo num banho de água que é renovado continuamente ou por bateladas. O método pode incluir o uso de um ou mais métodos de filtração diferentes de diálise (por exemplo, após as lavagens de H2O, outro método de filtração pode ser aplicado em vez da diálise). A filtração pode tomar menos do que uma 1 semana. A duração da filtração pode depender do tamanho de batelada. Por exemplo, para os 15 g de batelada de grafite acima, a filtração pode tomar menos do que ou igual a cerca de 1 ou 2 dias. O tempo de filtração total (por exemplo, diálise) pode ser menor do que ou igual a cerca de 7 dias, 6 dias, 5 dias, 4 dias, 3 dias, 2 dias, 1 dia ou / dia. Um tempo de filtração mais curto pode reduzir o tempo de processamento total para menos do que ou igual a cerca de 7 dias, 6 dias, 5 dias, 4 dias, 3 dias, 2 dias, 1 dia, ou / dia.
[0059] Na etapa 4, a mistura de reação pode ser adicionada a mais do que ou igual a cerca de 2,6 kg de gelo. Em alguns casos, a quantidade de gelo descrita no presente documento pode ser uma quantidade mínima. A etapa 4 pode incluir adicionar maios do que ou igual a cerca de 75 ml de H2O2 a 30%. Em alguns casos, a quantidade de H2O2 descrita no presente documento pode ser uma quantidade mínima.
[0060] Dada a escalabilidade dos métodos descritos no presente documento (por exemplo, o método na FIG. 24), a quantidade de agente oxidante (também “oxidante” no presente documento) pode ser fornecida em termos de uma razão entre um agente oxidante (KMnO4) e grafite (também “Ox:Gr” no presente documento). Por exemplo, cerca de 90 g de KMnO4 podem ser usados por 15 g de grafite, correspondentes a cerca de 6x a razão de massa Ox:Gr. Em outro exemplo, cerca de 75 ml de H2O2 30% (por exemplo, cerca de 30% em peso em solução aquosa, correspondente a cerca de 0,66 moles de H2O2) podem ser usados (i) por 90 g de KMnO4, correspondente a cerca de 0,25 unidades de H2O2 por unidade de KMnO4 numa base de peso ou cerca de 1,16 unidades de H2O2 por unidade de KMnO4 numa base molar, ou (ii) por 750 ml de H2SO4 concentrado com uma concentração entre cerca de 96% de H2SO4 e 98% de H2SO4 (por exemplo, em peso em solução aquosa), correspondente a uma razão de volume entre 30% de H2O2 e ácido sulfúrico concentrado de cerca de 10:1 (por exemplo, cerca de 1 l de solução aquosa que tem cerca de 30% de H2O2 para cada 10 l de H2SO4 concentrado). Em ainda outro exemplo, cerca de 50 l de H2SO4 concentrado pode ser consumido para cada 1 kg de grafite. Exemplos adicionais de quantidades e razões são fornecidos em outra parte no presente documento, por exemplo, em relação a métodos para produzir GO de camada única e GO de múltiplas camadas (por exemplo, numa base por quilograma de óxido de grafite).
[0061] Em algumas modalidades, H2SO4 (por exemplo, com uma concentração entre cerca de 96% de H2SO4 e 98% de H2SO4) pode ser fornecido numa quantidade entre cerca de 1 g de grafite:10 ml de H2SO4 e cerca de 1 g de grafite:50 ml de H2SO4. O método pode incluir fornecer entre cerca de 10 ml de H2SO4 e 20 ml de H2SO4, 10 ml de H2SO4 e 30 ml de H2SO4, 10 ml de H2SO4 e 40 ml de H2SO4, 10 ml de H2SO4 e 50 ml de H2SO4, 20 ml de H2SO4 e 30 ml de H2SO4, 20 ml de H2SO4 e 40 ml de H2SO4, 20 ml de H2SO4 e 50 ml de H2SO4, 30 ml de H2SO4 e 40 ml de H2SO4, 30 ml de H2SO4 e 50 ml de H2SO4, ou 40 ml de H2SO4 e 50 ml de H2SO4 por 1 g de grafite. O método pode incluir fornecer mais do que ou igual a cerca de 10 ml de H2SO4, 20 ml de H2SO4, 30 ml de H2SO4, 40 ml de H2SO4, ou 50 ml de H2SO4 por 1 g de grafite. O método pode incluir fornecer menos do que cerca de 75 ml de H2SO4, 70 ml de H2SO4, 60 ml de H2SO4, 50 ml de H2SO4, 40 ml de H2SO4, 30 ml de H2SO4, 20 ml de H2SO4, ou 15 ml de H2SO4 por 1 g de grafite.
[0062] Em algumas modalidades, H2SO4 (por exemplo, com uma concentração entre cerca de 96% de H2SO4 e 98% de H2SO4) pode ser fornecido numa quantidade entre cerca de 1 g de grafite:18,4 g de H2SO4 e cerca de 1 g de grafite:92,0 g de H2SO4. O método pode incluir fornecer entre cerca de 18,4 g de H2SO4 e 30 g de H2SO4, 18,4 g de H2SO4 e 40 g de H2SO4, 18,4 g de H2SO4 e 50 g de H2SO4, 18,4 g de H2SO4 e 60 g de H2SO4, 18,4 g de H2SO4 e 70 g de H2SO4, 18,4 g de H2SO4 e 80 g de H2SO4, 18,4 g de H2SO4 e 92,0 g de H2SO4, 30 g de H2SO4 e 40 g de H2SO4, 30 g de H2SO4 e 50 g de H2SO4, 30 g de H2SO4 e 60 g de H2SO4, 30 g de H2SO4 e 70 g de H2SO4, 30 g de H2SO4 e 80 g de H2SO4, 30 g de H2SO4 e 92,0 g de H2SO4, 40 g de H2SO4 e 50 g de H2SO4, 40 g de H2SO4 e 60 g de H2SO4, 40 g de H2SO4 e 70 g de H2SO4, 40 g de H2SO4 e 80 g de H2SO4, 40 g de H2SO4 e 92,0 g de H2SO4, 50 g de H2SO4 e 60 g de H2SO4, 50 g de H2SO4 e 70 g de H2SO4, 50 g de H2SO4 e 80 g de H2SO4, 50 g de H2SO4 e 92,0 g de H2SO4, 60 g de H2SO4 e 70 g de H2SO4, 60 g de H2SO4 e 80 g de H2SO4, 60 g de H2SO4 e 92,0 g de H2SO4, 70 g de H2SO4 e 80 g de H2SO4, 70 g de H2SO4 e 92,0 g H2SO4, 80 g de H2SO4 e 92,0 g de H2SO4 por 1 g de grafite. O método pode incluir fornecer mais do que ou igual a cerca de 18,4 g de H2SO4, 20 g de H2SO4, 25 g de H2SO4, 30 g de H2SO4, 35 g de H2SO4, 40 g de H2SO4, 45 g de H2SO4, 50 g de H2SO4, 55 g de H2SO4, 60 g de H2SO4, 65 g de H2SO4, 70 g de H2SO4, 75 g de H2SO4, 80 g de H2SO4, 85 g de H2SO4, 90 g de H2SO4, ou 92,0 g de H2SO4 por 1 g de grafite. O método pode incluir fornecer menos do que cerca de 140 g de H2SO4, 130 g de H2SO4, 120 g de H2SO4, 110 g de H2SO4, 100 g de H2SO4, 95 g de H2SO4, 90 g de H2SO4, 80 g de H2SO4, 70 g de H2SO4, 60 g de H2SO4, 50 g de H2SO4, 40 g de H2SO4, 30 g de H2SO4, ou 20 g de H2SO4 por 1 g de grafite.
[0063] Em algumas modalidades, KMnO4 pode ser fornecido numa quantidade entre cerca de 1 g de grafite:2 g de KMnO4 e cerca de 1 g de grafite:6 g de KMnO4. O método pode incluir fornecer entre cerca de 1 g de KMnO4 e 2 g de KMnO4, 1 g de KMnO4 e 3 g de KMnO4, 1 g de KMnO4 e 4 g de KMnO4, 1 g de KMnO4 e 5 g de KMnO4, 1 g de KMnO4 e 6 g de KMnO4, 2 g de KMnO4 e 3 g de KMnO4, 2 g de KMnO4 e 4 g de KMnO4, 2 g de KMnO4 e 5 g de KMnO4, 2 g de KMnO4 e 6 g de KMnO4, 3 g de KMnO4 e 4 g de KMnO4, 3 g de KMnO4 e 5 g de KMnO4, 3 g de KMnO4 e 6 g de KMnO4, 4 g de KMnO4 e 5 g de KMnO4, 4 g de KMnO4 e 6 g de KMnO4, ou 5 g de KMnO4 e 6 g de KMnO4 por 1 g de grafite. O método pode incluir fornecer mais do que ou igual a cerca de 1 g de KMnO4, 2 g de KMnO4, 3 g de KMnO4, 4 g de KMnO4, 5 g de KMnO4, ou 6 g de KMnO4 por 1 g de grafite. O método pode incluir fornecer menos do que cerca de 9 g de KMnO4, 8 g de KMnO4, 7 g de KMnO4, 6 g de KMnO4, 5 g de KMnO4, 4 g de KMnO4, 3 g de KMnO4, ou 2 g de KMnO4 por 1 g de grafite.
[0064] Em algumas modalidades, H2O2 pode ser fornecido numa quantidade de pelo menos cerca de 1 mol de H2O2 por 1 mol de KMnO4. O método pode incluir fornecer entre cerca de 1 mol de H2O2 e 1,1 mol de H2O2, 1 mol de H2O2 e 1,2 mol de H2O2, 1 mol de H2O2 e 1,3 mol de H2O2, 1 mol de H2O2 e 1,4 mol de H2O2, ou 1 mol de H2O2 e 1,5 mol de H2O2 por 1 mol de KMnO4. O método pode incluir fornecer mais do que ou igual a cerca de 1 mol de H2O2, 1,1 mol de H2O2, 1,2 mol de H2O2, 1,3 mol de H2O2, 1,4 mol de H2O2, ou 1,5 mol de H2O2 por 1 mol de KMnO4. O método pode incluir fornecer menos do que cerca de 1,5 mol de H2O2, 1,4 mol de H2O2, 1,3 mol de H2O2, 1,2 mol de H2O2, ou 1,1 mol de H2O2 por 1 mol de KMnO4.
[0065] Em algumas modalidades, o gelo pode ser fornecido numa quantidade entre cerca de 1 g de H2SO4:0 g de gelo e cerca de 1 g de H2SO4:1,09 g de gelo, entre cerca de 1 g de H2SO4:1,09 g de gelo e cerca de 1 g de H2SO4:1,63 g de gelo, ou entre cerca de 1 g de H2SO4:0 g de gelo e cerca de 1 g de H2SO4:1,63 g de gelo. O método pode incluir fornecer entre cerca de 0 g de gelo e 0,4 g de gelo, 0 g de gelo e 0,8 g de gelo, 0 g de gelo e 1,2 g de gelo, 0 g de gelo e 1,63 g de gelo, 0,4 g de gelo e 0,8 g de gelo, 0,4 g de gelo e 1,2 g de gelo, 0,4 g de gelo e 1,63 g de gelo, 0,8 g de gelo e 1,2 g de gelo, 0,8 g de gelo e 1,63 g de gelo, ou 1,2 g de gelo e 1,63 g de gelo por 1 g de H2SO4. O método pode incluir fornecer mais do que ou igual a cerca de 0 g de gelo, 0,2 g de gelo, 0,4 g de gelo, 0,6 g de gelo, 0,8 g de gelo, 1,09 g de gelo, 1,2 g de gelo, 1,4 g de gelo, ou 1,63 g de gelo por 1 g de H2SO4. O método pode incluir fornecer menos do que cerca de 2,4 g de gelo, 2,2 g de gelo, 2,0 g de gelo, 1,8 g de gelo, 1,63 g de gelo, 1,4 g de gelo, 1,2 g de gelo, 1,09 g de gelo, 0,8 g de gelo, 0,6 g de gelo, 0,4 g de gelo, 0,2 g de gelo, ou 0,1 g de gelo por 1 g de H2SO4.
[0066] Em algumas modalidades, o gelo pode ser fornecido numa quantidade entre cerca de 1 ml de H2SO4:0 g de gelo e cerca de 1 ml de H2SO4:2 g de gelo, entre cerca de 1 ml de H2SO4:2 g de gelo e cerca de 1 ml de H2SO4:3 g de gelo, ou entre cerca de 1 ml de H2SO4:0 g de gelo e cerca de 1 ml de H2SO4:3 g de gelo. O método pode incluir fornecer entre cerca de 0 g de gelo e 1 g de gelo, 0 g de gelo e 2 g de gelo, 0 g de gelo e 3 g de gelo, 1 g de gelo e 2 g de gelo, 1 g de gelo e 3 g de gelo, ou 2 g de gelo e 3 g de gelo por 1 ml de H2SO4. O método pode incluir fornecer mais do que ou igual a cerca de 0 g de gelo, 0,2 g de gelo, 0,4 g de gelo, 0,6 g de gelo, 0,8 g de gelo, 1 g de gelo, 1,2 g de gelo, 1,4 g de gelo, 1,6 g de gelo, 1,8 g de gelo, 2 g de gelo, 2,2 g de gelo, 2,4 g de gelo, 2,6 g de gelo, 2,8 g de gelo ou 3 g de gelo por 1 ml de H2SO4. O método pode incluir fornecer menos do que cerca de 4,5 g de gelo, 4 g de gelo, 3,5 g de gelo, 3 g de gelo, 2,5 g de gelo, 2 g de gelo, 1,5 g de gelo, 1 g de gelo, 0,5 g de gelo, 0,25 g de gelo, ou 0,1 g de gelo por 1 ml de H2SO4.
[0067] Em certas modalidades, o grafite pode ser fornecido em fora de pó. Será observado que as quantidades de reagente podem ser adequadamente escaladas para produção numa grande escala. Substancialmente todo o grafite pode ser convertido. A quantidade de GO produzida por unidade de grafite pode depender do teor de oxigênio do GO. Em algumas modalidades, a razão atômica C:O do GO pode ser, por exemplo, entre cerca de 4:1 e 5:1, e a quantidade de GO produzida pode ser entre cerca de 1,27 e 1,33 unidades de GO por unidade de grafite numa base de peso (por exemplo, entre cerca de 19 g e 20 g de GO por 15 g de grafite). A razão atômica C:O do GO pode diferir para camada única e GO de múltiplas camadas (por exemplo, conforme descrito em relação à FIG. 8). Desse modo, a quantidade de GO produzida por unidade de grafite pode diferir para GO de camada única e GOs de múltiplas camadas. Também será observado que a concentração de um ou mais dos reagentes pode variar em alguns casos. Num exemplo, o ácido sulfúrico pode ser fornecido numa concentração entre cerca de 96% de H2SO4 e 98% de H2SO4 (por exemplo, em peso em solução aquosa). Em outro exemplo, em alguns casos, uma concentração absoluta de H2O2 pode não afetar substancialmente as condições de reação; em vez disso, as condições de reação podem depender de uma razão entre H2O2 e KMnO4 (por exemplo, afetar espécies de manganês inferiores). Em tais casos, o volume e/ou a massa da mistura de reagentes pode ser adequadamente ajustado de modo que uma dada (por exemplo, predeterminada) massa total ou quantidade molar do reagente seja fornecida. Será adicionalmente observado que, em alguns casos, uma concentração mínima ou máxima pode ser necessária para garantir condições de reação adequadas. Por exemplo, uma concentração de ácido sulfúrico substancialmente mais baixa do que cerca de 96% a 98% (por exemplo, em peso em solução aquosa) pode levar a uma morfologia diferente do GO (por exemplo, a concentração mais baixa pode afetar grupos que contêm oxigênio).
[0068] O presente método sem base em Hummers para produzir óxido de grafite pode compreender etapas de: fornecer uma mistura de pó de grafite e H2SO4 durante o resfriamento da mistura de pó de grafite e H2SO4 a uma primeira temperatura predeterminada; adicionar uma quantidade predeterminada de KMnO4 à mistura de pó de grafite e H2SO4 para produzir uma mistura oxidante de grafite; agitar (por exemplo, após a adição da quantidade predeterminada de KMnO4 ter sido completada) a mistura oxidante de grafite por uma quantidade predeterminada de tempo; resfriar a mistura oxidante de grafite a uma segunda temperatura predeterminada; e adicionar uma quantidade predeterminada de H2O2 à mistura oxidante de grafite para render óxido de grafite. Em algumas implantações, a mistura de pó de grafite e H2SO4 pode ser fornecida, e então resfriada à primeira temperatura predeterminada.
[0069] O método sem base em Hummers descrito no presente documento pode incluir adicionalmente a purificação do óxido de grafite por enxaguadura do óxido de grafite com água (por exemplo, água deionizada), purificação do óxido de grafite por diálise química, ou uma combinação dos mesmos (por exemplo, enxaguadura seguido por diálise).
[0070] A primeira temperatura predeterminada resultante do resfriamento da mistura de pó de grafite e H2SO4 pode ser cerca de 0 °C. A primeira temperatura predeterminada resultante do resfriamento da mistura de pó de grafite e H2SO4 pode estar na faixa de cerca de -10 °C a cerca de 15 °C. A primeira temperatura predeterminada pode ser maior do que ou igual a cerca de -10 °C, -9 °C,-8 °C,-7 °C, -6 °C,-5 °C,-4 °C,-3 °C,-2 °C,-1 °C, ou 0 °C, mas menor do que ou igual a cerca de 1 °C, 2 °C, 3 °C, 4 °C, 5 °C, 6 °C, 7 °C, 8 °C, 9 °C, 10 °C, 11 °C, 12 °C, 13 °C, 14 °C, ou 15 °C.
[0071] Uma temperatura de reação da mistura oxidante de grafite pode ser impedida de se elevar acima de cerca de 15 °C durante a adição da quantidade predeterminada de KMnO4 à mistura de pó de grafite e H2SO4. A adição do KMnO4 à mistura de pó de grafite e H2SO4 pode iniciar uma reação exotérmica (por exemplo, autoaquecida). A temperatura de reação da mistura oxidante de grafite pode ser menor do que ou igual a cerca de 15 °C, 14 °C, 13 °C, 12 °C, 11 °C, 10 °C, 9 °C, 8 °C, 7 °C, 6 °C, 5 °C, 4 °C, 3 °C, 2 °C, ou 1 °C durante a adição da quantidade predeterminada de KMnO4 à mistura de pó de grafite e H2SO4. Em certas modalidades, a temperatura de reação da mistura oxidante de grafite pode ser menos do que cerca de 15 °C durante a adição da quantidade predeterminada de KMnO4 à mistura de pó de grafite e H2SO4.
[0072] A agitação pode incluir movimento vigoroso numa taxa na faixa de cerca de 50 revoluções por minuto (rpm) a cerca de 150 rpm. Em algumas modalidades, a agitação pode incluir o movimento vigoroso numa taxa de pelo menos cerca de 50 rpm, 60 rpm, 70 rpm, 80 rpm, 90 rpm, 100 rpm, 110 rpm, 120 rpm, 130 rpm, 140 rpm, ou 150 rpm. Em algumas modalidades, a agitação pode incluir movimento vigoroso em tais taxas (adicionalmente “taxas de movimento vigoroso” no presente documento) enquanto mantém a taxa de movimento vigoroso menor do que ou igual a cerca de 150 rpm. O tempo predeterminado para agitar a mistura oxidante de grafite pode estar na faixa de cerca de 45 minutos a cerca de 300 minutos. O tempo predeterminado para agitar a mistura oxidante de grafite pode ser pelo menos cerca de 45 minutos, 50 minutos, 60 minutos, 70 minutos, 80 minutos, 90 minutos, 100 minutos, 120 minutos, 140 minutos, 160 minutos, 180 minutos, 200 minutos, 220 minutos, 240 minutos, 260 minutos, 280 minutos, ou 300 minutos. O tempo predeterminado pode ou pode não depender da taxa de movimento vigoroso. Em alguns exemplos, o tempo predeterminado pode ser independente da taxa de movimento vigoroso além de um dado limiar (por exemplo, uma taxa de movimento vigoroso mínima) e/ou numa dada faixa de taxas de movimento vigoroso. Em algumas modalidades, uma temperatura de reação da mistura oxidante de grafite durante a agitação pode ser mantida abaixo de cerca de 45 °C. Em algumas modalidades, uma temperatura de reação da mistura oxidante de grafite durante a agitação pode ser mantida menor do que ou igual a cerca de 15 °C.
[0073] O resfriamento da mistura oxidante de grafite à segunda temperatura predeterminada pode ser alcançado arrefecendo-se bruscamente a mistura oxidante de grafite com água e/ou gelo. A segunda temperatura predeterminada pode ser cerca de 0 °C. A segunda temperatura predeterminada pode estar na faixa de cerca de 0 °C a cerca de 10 °C. A segunda temperatura predeterminada pode ser maior do que ou igual a cerca de 0 °C, mas menor do que ou igual a cerca de 1 °C, 2 °C, 3 °C, 4 °C, 5 °C, 6 °C, 7 °C, 8 °C, 9 °C, ou 10 °C.
[0074] Em algumas modalidades, GO de camada única é produzido. A primeira reação pode incluir o uso de cerca de 32 l de H2SO4 98% por quilograma de grafite. Cerca de 4,8 kg de pó de KMnO4 por quilograma de grafite podem ser usados. O método pode ou pode não incluir o tempo de cocção. O método pode incluir as dadas temperaturas e processos. O método pode incluir, do começo da reação, cerca de 1,5 hora de adição de KMnO4 (temperatura de reação menos do que cerca de 15 °C), cerca de 2 horas de tempo de reação (faixa de temperatura de reação de cerca de 20 a 30 °C), cerca de 1 hora de adição de cerca de 32 kg de gelo (temperatura de reação de cerca de 50 °C) e cerca de 1 hora de tempo de reação (temperatura de reação de cerca de 50 °C). Cerca de 72 kg gelo por quilograma de grafite podem ser usados para arrefecer bruscamente a reação e/ou para congelamento para resfriamento de reação. Cerca de 2 l de H2O2 30% por quilograma de grafite podem ser usados para arrefecer bruscamente a reação e/ou para neutralização. O grafite pode ser de um dado tipo. O grafite pode ser grafite em flocos natural 325sh. A velocidade de mistura (por exemplo, durante um ou mais processos de reação) pode ser cerca de 100 rpm. O método pode incluir a dada temporização de mistura de ingredientes. O ácido sulfúrico e o grafite podem ser pré-misturados para minimizar a poeira de grafite e adicionado ao reator rapidamente. A adição de permanganato de potássio pode ser exotérmica. O KMnO4 pode ser adicionado a uma taxa lenta o suficiente para manter a temperatura de reação abaixo de cerca de 15 °C (por exemplo, o KMnO4 pode ser adicionado por aproximadamente 1,5 horas).
[0075] Durante a oxidação para GO de camada única, grafite (cerca de 1 kg) pode ser misturado com 98% de H2SO4 (cerca de 32 l) e resfriado a cerca de -10 °C. O reator de GO que resfria as bobinas pode ser resfriado a -2 °C. A mistura de grafite/H2SO4 pode ser, então, vertida cuidadosamente ao reator. Permanganato de potássio (cerca de 4,8 kg) pó pode ser adicionado ao reator lentamente ao longo do curso de cerca de 1,5 horas, mantendo cuidadosamente a temperatura de reação abaixo de cerca de 15 °C. Após a adição de KMnO4 ser completada, a temperatura de bobina de resfriamento de reator pode ser elevada a cerca de 12 °C e a reação pode ser aquecida a cerca de 30 °C por cerca de 1,5 horas. Então, as bobinas de resfriamento de reator podem ser resfriadas a cerca de -2 °C e a temperatura de reação pode permanecer a cerca de 30 °C por aproximadamente 30 minutos adicionais. O gelo triturado (cerca de 32 kg) pode ser adicionado ao longo do curso de cerca de 1 hora. A temperatura de reação pode se elevar a cerca de 50 °C ao longo desse tempo. Após a adição de gelo, permite-se que a reação seja movimentada vigorosamente por cerca de 1 hora. A reação pode ser, então, bruscamente arrefecida com gelo triturado (cerca de 72 kg). O gelo pode durante derreter durante este arrefecimento brusco, e então, peróxido de hidrogênio 30% (cerca de 2 l) pode ser adicionado para interromper a reação.
[0076] Em algumas modalidades, GO de múltiplas camadas é produzido. A primeira reação pode incluir o uso de cerca de 25 l de H2SO4 98% por quilograma de grafite. Cerca de 2 kg de KMnO4 por quilograma óxido de grafite podem ser usados. O método pode ou pode não incluir o tempo de cocção. O método pode incluir dadas temperaturas e processo (ou processos). O método pode incluir uma adição de 45 minutos de KMnO4 (temperatura de reação menos do que cerca de 15 °C) e tempo de reação de 30 minutos (temperatura de reação de cerca de 15 °C). Cerca de 125 kg gelo por quilograma de grafite podem ser usados para arrefecer bruscamente a reação e/ou para congelamento para resfriamento de reação. Cerca de 1 l de peróxido de hidrogênio 30% por quilograma de grafite podem ser usados para arrefecer bruscamente a reação e/ou para neutralização. O grafite pode ser de um dado tipo. O grafite pode ser altamente esfoliado e moído, em flocos pequenos, grafite de área de superfície grande, flocos de 9 mícrons, ou qualquer combinação dos mesmos. A velocidade de mistura (por exemplo, durante um ou mais processos de reação) pode ser cerca de 100 rpm. O método pode incluir uma dada temporização de ingredientes de mistura. O ácido sulfúrico e o grafite podem ser pré-misturados para minimizar a poeira de grafite e adicionado ao reator rapidamente. A adição de permanganato de potássio pode ser exotérmica. O KMnO4 pode ser adicionado a uma taxa lenta o suficiente para manter a temperatura de reação abaixo de cerca de 15 °C (por exemplo, o KMnO4 pode ser adicionado por aproximadamente 1,5 horas).
[0077] Durante a oxidação para GO de múltiplas camadas, grafite (cerca de 1 kg) pode ser misturado com 98% de H2SO4 (cerca de 32 l) e resfriado a cerca de -10 °C. O reator de óxido de grafite/óxido de grafeno que resfria as bobinas pode ser resfriado a cerca de -2 °C. A mistura de grafite/H2SO4 pode ser, então, vertida cuidadosamente ao reator. O pó de permanganato de potássio (cerca de 2 kg) pode ser adicionado ao reator lentamente ao longo do curso de cerca de 45 minutos, mantendo cuidadosamente a temperatura de reação abaixo de cerca de 15 °C. Permite-se que a reação se movimente vigorosamente por cerca de 30 minutos a uma temperatura de reação de cerca de 15 °C. A reação pode ser, então, bruscamente arrefecida com gelo triturado (cerca de 125 kg). O gelo pode durante derreter durante este arrefecimento brusco, e então, H2O2 30% (cerca de 1 l) pode ser adicionado para interromper a reação.
[0078] Uma primeira purificação pode incluir filtração (adicionalmente “primeira filtração” no presente documento). A primeira filtração pode ser realizada após a primeira reação. A primeira filtração pode incluir purificação pós-oxidação. A primeira filtração pode remover impurezas do produto bruto e colocar o pH até pelo menos cerca de 5. Após a oxidação, o produto bruto pode conter GO assim como uma ou mais (por exemplo, diversas) impurezas, por exemplo, H2SO4, óxidos de manganês e sulfato de manganês. Após a purificação ser completada, o GO pode ser, então, concentrado a, por exemplo, uma solução de cerca de 1% em peso. A água e/ou o ácido da primeira reação pode ser removido durante a filtração. Após a primeira reação, a concentração de ácido pode ser cerca de H2SO4 30% (camada única) ou cerca de 16% (múltiplas camadas), correspondente a um pH de aproximadamente 0. A filtração pode ser completada quando o pH alcança cerca de 5, corresponder a uma concentração ácida de cerca de 0,00005%. Uma dada quantidade ou grau de concentração pode ser necessário (por exemplo, se usado como matéria-prima para uma segunda reação). Em algumas modalidades, o GO pode estar em forma de pó seco e/ou uma solução aquosa de cerca de 2% (em peso).
[0079] A purificação pode ser realizada com o uso de um processo de filtração de fluxo tangencial. O tipo de filtro pode ser uma membrana de filtro oca de poliéter sulfona modificada com cerca de 0,02 mícron de tamanho de poros. A purificação pode ser completada quando o pH do produto alcança cerca de 5. O GO purificado pode ser, então, concentrado a uma solução de cerca de 1% em peso. Após a primeira purificação, a concentração de H2SO4 do produto pode ser cerca de 0,00005% com um pH de cerca de 5.
[0080] A segunda reação pode incluir a redução de GO (em solução) para formar GO reduzido (por exemplo, PCS). Em algumas modalidades, GO da primeira reação pode ser usado como entrada para a segunda reação. Por exemplo, GO de camada única da primeira reação pode ser usado como entrada para a segunda reação. Em algumas modalidades, GO produzido por um método com base em Hummers pode ser usado como entrada para a segunda reação. Por exemplo, GO de camada única de um método com base em Hummers pode ser usado como entrada para a segunda reação. Em algumas modalidades, GO de camada única pode ser usado em vez de GO de múltiplas camadas como entrada para a segunda reação para produzir PCS. O uso de camada única pode, em alguns casos, reduzir o material de refugo em relação a GO de múltiplas camadas quando PCS é produzida na segunda reação (por exemplo, para produzir folhas). Por exemplo, uma quantidade mais alta de GO de múltiplas camadas pode ser necessária para produzir PCS do que quando GO de camada única é usado.
[0081] A segunda reação pode incluir aquecer a reação a cerca de 90 °C e adicionar H2O2 ao longo do curso de cerca de uma hora. A reação pode continue a aquecer a cerca de 90 °C por cerca de 3 horas a mais. Ascorbato de sódio (por exemplo, C6H7NaO6) pode ser adicionado ao longo do curso de cerca de 30 minutos. A reação pode continuar a aquecer a cerca de 90 °C por aproximadamente 1,5 horas adicionais. O tempo total a cerca de 90 °C pode ser cerca de 6 horas. A velocidade de mistura (adicionalmente “taxa de movimento vigoroso” no presente documento) pode ser conforme descrito em outra parte no presente documento (por exemplo, em relação à síntese de GO). Em algumas modalidades, a velocidade de mistura (por exemplo, durante um ou mais processos de reação) pode ser pelo menos cerca de 100 rpm, 110 rpm, 120 rpm, 130 rpm, 140 rpm, 150 rpm, 160 rpm, 170 rpm, 180 rpm, 190 rpm, ou 200 rpm.
[0082] Conforme anteriormente descrito, a temperatura de reação pode ser cerca de 90 °C. Alternativamente, uma ou mais das etapas supracitadas podem ser realizadas a uma temperatura de entre cerca de 60 °C e 180 °C. As etapas podem ser realizadas na mesma temperatura ou faixa de temperatura, ou numa ou mais temperaturas ou faixas de temperatura diferentes (por exemplo, numa ou mais temperaturas diferentes entre cerca de 60 °C e 180 °C). Por exemplo, todas as etapas podem ser realizadas na mesma temperatura (ou faixa de temperatura), cada etapa pode ser realizada a uma temperatura diferente (ou faixa de temperatura), ou o subconjunto (ou subconjuntos) de etapas pode ser realizado na mesma temperatura (ou faixa de temperatura). Em algumas modalidades, A temperatura pode estar entre cerca de 60 °C e 80 °C, 60 °C e 90 °C, 60 °C e 100 °C, 60 °C e 120 °C, 60 °C e 140 °C, 60 °C e 160 °C, 60 °C e 180 °C, 80 °C e 90 °C, 80 °C e 100 °C, 80 °C e 120 °C, 80 °C e 140 °C, 80 °C e 160 °C, 80 °C e 180 °C, 90 °C e 100 °C, 90 °C e 120 °C, 90 °C e 140 °C, 90 °C e 160 °C, 90 °C e 180 °C, 100 °C e 120 °C, 100 °C e 140 °C, 100 °C e 160 °C, 100 °C e 180 °C, 120 °C e 140 °C, 120 °C e 160 °C, 120 °C e 180 °C, 140 °C e 160 °C, 140 °C e 180 °C, ou 160 °C e 180 °C. Permite-se ou não que a temperatura mude ou flutue numa dada faixa (por exemplo, a temperatura para uma dada etapa pode ser mantida constante numa dada temperatura numa dada faixa, ou permite-se que flutue na dada faixa). Em alguns casos (por exemplo, em temperaturas acima de cerca de 100 °C), a câmara de reação pode precisar ser vedada.
[0083] A concentração do GO na solução antes da segunda reação pode estar na faixa, por exemplo, entre cerca de 0% e 2% em massa (por exemplo, 0 a 2 kg/100 l de solução aquosa). Por exemplo, a concentração de GO em massa pode ser entre cerca de 0% e 0,5%, 0% e 1%, 0% e 1,5%, 0% e 2%, 0,5% e 1%, 0,5% e 1,5%, 0,5% e 2%, 1% e 1,5%, 1% e 2%, ou 1,5% e 2%. A concentração de GO pode ser menor do que ou igual a cerca de 2%, 1,5%, 1%, 0,5%, 0,25%, 0,1% (ou menos) em massa. Por exemplo, a concentração de GO na solução (por exemplo, da primeira reação) pode ser cerca de 1% em massa (1 kg de GO em 100 l de solução aquosa). Em algumas modalidades, a concentração pode ser limitada pelo quanto de GO pode ser dissolvido em água enquanto se mantém sua fluidez. Em algumas modalidades, a solução pode se tornar viscosa (por exemplo, a uma concentração de 2% ou mais, isto é, 2 kg ou mais de GO em 100 l de água). Em algumas modalidades, a viscosidade de solução pode ser menor do que uma viscosidade cuja cocção de reação pode se tornar difícil. Uma concentração mais alta (por exemplo, 1% em massa) pode permitir que a quantidade de água usada na reação seja diminuída (por exemplo, o máximo de concentração possível pode minimizar a quantidade de água usada na reação). A água pode ser filtrada no fim da segunda reação. Uma diminuição na quantidade de água usada na segunda reação pode diminuir o tempo de filtração (por exemplo, quanto maior o volume da solução, mais tempo pode tomar em filtração).
[0084] Em algumas modalidades, H2O2 (por exemplo, com a concentração de cerca de 30% em peso) pode ser fornecido numa quantidade entre cerca de 10 l e 100 l por 1 kg de GO. Por exemplo, entre cerca de 10 l e 20 l, 10 l e 30 l, 10 l e 40 l, 10 l e 50 l, 10 l e 60 l, 10 l e 70 l, 10 l e 80 l, 10 l e 90 l, 10 l e 100 l, 20 l e 30 l, 20 l e 40 l, 20 l e 50 l, 20 l e 60 l, 20 l e 70 l, 20 l e 80 l, 20 l e 90 l, 20 l e 100 l, 30 l e 40 l, 30 l e 50 l, 30 l e 60 l, 30 l e 70 l, 30 l e 80 l, 30 l e 90 l, 30 l e 100 l, 40 l e 50 l, 40 l e 60 l, 40 l e 70 l, 40 l e 80 l, 40 l e 90 l, 40 l e 100 l, 50 l e 60 l, 50 l e 70 l, 50 l e 80 l, 50 l e 90 l, 50 l e 100 l, 60 l e 70 l, 60 l e 80 l, 60 l e 90 l, 60 l e 100 l, 70 l e 80 l, 70 l e 90 l, 70 l e 100 l, 80 l e 90 l, 80 l e 100 l, ou 90 l e 100 l de H2O2 (por exemplo, com uma concentração de cerca de 30% em peso) podem ser fornecidos por 1 kg de GO. Em algumas modalidades, mais do que ou igual a cerca de 10 l, 20 l, 30 l, 40 l, 50 l, 60 l, 70 l, 80 l, 90 l, ou 100 l de H2O2 (por exemplo, com uma concentração de cerca de 30% em peso) por 1 kg de GO podem ser fornecidos. Em algumas modalidades, menos do que cerca de 100 l, 90 l, 80 l, 70 l, 60 l, 50 l, 40 l, 30 l, 20 l, ou 15 l de H2O2 (por exemplo, com uma concentração de cerca de 30% em peso) por 1 kg de GO podem ser fornecidos. Uma quantidade de H2O2 equivalente a qualquer uma das quantidades supracitadas da solução 30% pode ser adicionada como uma solução com uma concentração diferente ou em forma concentrada ou pura (por exemplo, 90% a 100% em peso). A quantidade de H2O2 equivalente a qualquer uma das quantidades supracitadas da solução 30% pode ser expressada em termos de volume com base numa solução 100% (ou pura). A quantidade de H2O2 equivalente a qualquer uma das quantidades supracitadas da solução 30% pode ser expressada em termos de moles ou em termos de peso de H2O2. Por exemplo, entre cerca de 3 kg (ou 88 moles) e 30 kg (ou 882 moles) de H2O2 (puro) podem ser fornecidos por 1 kg de GO. Expressado numa base de peso, entre cerca de 3 kg e 6 kg, 3 kg e 9 kg, 3 kg e 12 kg, 3 kg e 15 kg, 3 kg e 18 kg, 3 kg e 21 kg, 3 kg e 24 kg, 3 kg e 27 kg, 3 kg e 30 kg, 6 kg e 9 kg, 6 kg e 12 kg, 6 kg e 15 kg, 6 kg e 18 kg, 6 kg e 21 kg, 6 kg e 24 kg, 6 kg e 27 kg, 6 kg e 30 kg, 9 kg e 12 kg, 9 kg e 15 kg, 9 kg e 18 kg, 9 kg e 21 kg, 9 kg e 24 kg, 9 kg e 30 kg, 12 kg e 15 kg, 12 kg e 18 kg, 12 kg e 21 kg, 12 kg e 24 kg, 12 kg e 27 kg, 12 kg e 30 kg, 15 kg e 18 kg, 15 kg e 21 kg, 15 kg e 24 kg, 15 kg e 30 kg, 18 kg e 21 kg, 18 kg e 24 kg, 18 kg e 27 kg, 18 kg e 30 kg, 21 kg e 24 kg, 21 kg e 27 kg, 21 kg e 30 kg, 24 kg e 27 kg, 24 kg e 30 kg, ou 27 kg e 30 kg de H2O2 puro podem ser adicionados por 1 kg de GO. Expressado numa base de peso, mais do que ou igual a cerca de 3 kg, 6 kg, 9 kg, 12 kg, 15 kg, 18 kg, 21 kg, 24 kg, ou 30 kg de H2O2 puro por 1 kg de GO podem ser fornecidos. Expressados numa base de peso, menos do que cerca de 30 kg, 24 kg, 21 kg, 18 kg, 15 kg, 12 kg, 9 kg, 6 kg, ou 4,5 kg de H2O2 puro por 1 kg de GO podem ser fornecidos.
[0085] Em algumas modalidades, ascorbato de sódio pode ser fornecido numa quantidade entre cerca de 1 kg e 10 kg por 1 kg de GO. Por exemplo, entre cerca de 1 kg e 2 kg, 1 kg e 3 kg, 1 kg e 4 kg, 1 kg e 5 kg, 1 kg e 6 kg, 1 kg e 7 kg, 1 kg e 8 kg, 1 kg e 9 kg, 1 kg e 10 kg, 2 kg e 3 kg, 2 kg e 4 kg, 2 kg e 5 kg, 2 kg e 6 kg, 2 kg e 7 kg, 2 kg e 8 kg, 2 kg e 9 kg, 2 kg e 10 kg, 3 kg e 4 kg, 3 kg e 5 kg, 3 kg e 6 kg, 3 kg e 7 kg, 3 kg e 8 kg, 3 kg e 9 kg, 3 kg e 10 kg, 4 kg e 5 kg, 4 kg e 6 kg, 4 kg e 7 kg, 4 kg e 8 kg, 4 kg e 9 kg, 4 kg e 10 kg, 5 kg e 6 kg, 5 kg e 7 kg, 5 kg e 8 kg, 5 kg e 9 kg, 5 kg e 10 kg, 6 kg e 7 kg, 6 kg e 8 kg, 6 kg e 9 kg, 6 kg e 10 kg, 7 kg e 8 kg, 7 kg e 9 kg, 7 kg e 10 kg, 8 kg e 9 kg, 8 kg e 10 kg, ou 9 kg e 10 kg de ascorbato de sódio podem ser fornecidos por 1 kg de GO. Em algumas modalidades, mais do que ou igual a cerca de 1 kg, 2 kg, 3 kg, 4 kg, 5 kg, 6 kg, 7 kg, 8 kg, 9 kg ou 10 kg de ascorbato de sódio por 1 kg de GO podem ser fornecidos. Em algumas modalidades, menos do que cerca de 15 kg, 14 kg, 13 kg, 12 kg, 11 kg, 10 kg, 9 kg, 8 kg, 7 kg, 6 kg, 5 kg, 4 kg, 3 kg, 2 kg ou 1,5 kg de ascorbato de sódio por 1 kg de GO podem ser fornecidos.
[0086] Em algumas modalidades, por 1 kg de GO, entre cerca de 10 l e 100 l de H2O2 30% e entre cerca de 1 kg e 10 kg de ascorbato de sódio podem ser usados.
[0087] Em algumas modalidades, pelo menos cerca de y = 90%, 95%, 98%, 99%, ou 99,5%, ou substancialmente todo o GO pode ser convertido. A quantidade de PCS produzida por unidade de GO pode depender do teor de oxigênio do GO e do teor de oxigênio da PCS. Em algumas modalidades, a razão atômica C:O do GO pode estar, por exemplo, entre cerca de 4:1 e 5:1, e o teor de oxigênio da PCS pode ser, por exemplo, menor do que ou igual a cerca de 5 por cento atômico. Em tais casos, a quantidade de PCS produzida pode estar entre cerca de 0,75y e 0,84 unidades de PCS por unidade de GO numa base de peso. Em algumas modalidades, a razão atômica C:O do GO pode estar, por exemplo, entre cerca de 7:3 e 5:1, e o teor de oxigênio da PCS pode ser, por exemplo, menor do que ou igual a cerca de 5 por cento atômico. Em tais casos, a quantidade de PCS produzida pode estar entre cerca de 0,64y e 0,84 unidades de PCS por unidade de GO numa base de peso. Em algumas modalidades, a razão atômica C:O do GO pode ser, por exemplo, pelo menos cerca de 7:3, e o teor de oxigênio da PCS pode ser, por exemplo, menor do que ou igual a cerca de 5 por cento atômico. Em tais casos, a quantidade de PCS produzida pode ser pelo menos cerca de 0,64y unidades de PCS por unidade de GO numa base de peso. Em algumas modalidades, a quantidade de PCS produzida pode ser pelo menos cerca de 0,5, 0,55, 0,6, 0,65, 0,7, 0,75, ou 0,8 unidades de PCS por unidade de GO numa base de peso. Em algumas modalidades, a quantidade de PCS produzida pode ser entre cerca de 0,5 e 0,85, 0,6 e 0,8, ou 0,7 e 0,8 unidades de PCS por unidade de GO numa base de peso.
[0088] Uma segunda purificação pode incluir purificar PCS por meio de filtração a vácuo através, por exemplo, de um filtro de aço inoxidável de 316 mesh de 2 mícrons. A filtração (adicionalmente “segunda filtração” no presente documento) pode ser realizada após a segunda reação. Após a segunda reação, pode haver diversas impurezas, como, por exemplo, ascorbato de sódio, mais quantidades pequenas de H2SO4, óxidos de manganês, e sais de manganês. A filtração pode remover pelo menos uma porção das impurezas da solução. Água, ácido e/ou sais podem ser deixados da segunda reação. Por exemplo, pode haver cerca de 4,95 kg de ascorbato de sódio por quilograma de GO deixados em solução a partir da segunda reação. Também pode haver impurezas a partir do GO. Por exemplo, pode haver pequenas quantidades de H2SO4, óxidos de manganês, e sais de manganês da oxidação inicial (por exemplo, primeira reação).
[0089] A água pode ser nivelada através da PCS para remover sais. A condutividade da solução após a redução pode ser maior do que cerca de 200 milisiemens por centímetro (mS/cm). A solução de PCS pode ser lavada com água deionizada (por exemplo, com quantidades abundantes de água deionizada) até a condutividade da solução de PCS alcançar cerca de 50 microsiemens por centímetro (μS/cm) ou menos. A purificação pode ser completada quando a solução de PCS tiver uma condutividade de cerca de 50 μS/cm ou menos. Uma dada quantidade ou grau de concentração pode ser necessária para uso de PCS direto. Por exemplo, uma concentração de cerca de 2% em peso ou maior pode ser necessária.
DISPOSITIVOS DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA
[0090] Os dispositivos de armazenamento da presente divulgação podem compreender pelo menos um eletrodo (por exemplo, um eletrodo positivo e um eletrodo negativo). O material à base de carbono da presente divulgação pode ser fornecido no eletrodo positivo (cátodo durante descarga), o eletrodo negativo (ânodo durante descarga), ou ambos. Em certas modalidades, o dispositivo de armazenamento de energia pode ser uma bateria de íon-lítio. Em certas modalidades, o dispositivo de armazenamento de energia pode ser uma bateria de metal lítio. Em certas modalidades, o dispositivo de armazenamento de energia pode ser um supercapacitor.
[0091] Uma bateria pode compreender pelo menos uma célula que compreende um eletrodo negativo (ânodo durante descarga) que compreende grafite, e um eletrodo positivo (cátodo durante descarga) que compreende PCS/fosfato de lítio e ferro (LFP). Uma configuração/fator de forma da bateria pode ser conforme descrito em outra parte no presente documento (por exemplo, células cilíndricas, em bolso, prismáticas ou em botão de vários tamanhos). Em certas modalidades, a bateria pode ter um fator de configuração/forma cilíndrico (por exemplo, embalagem 18650). Será observado que, enquanto o eletrodo positivo e a bateria nesse exemplo são primariamente descritas como compreendendo PCS, tais eletrodos positivos e baterias podem compreender qualquer material à base de carbono de acordo com a presente divulgação.
[0092] A FIG. 9 é uma ilustração esquemática de um exemplo de uma estrutura de uma (bateria) célula (por exemplo, uma célula à base de LFP). A bateria compreende um terminal positivo 901, uma ventilação de liberação de gás 902 adjacente ao terminal positivo 901, e uma junta 903 que veda o interior da bateria. Uma aba positiva 904 conecta o terminal positivo 901 a um eletrodo positivo 907. Um separador 906 separa o eletrodo positivo de um eletrodo negativo 905. Em algumas modalidades, a bateria compreende folhas em camadas de, em sequência, o separador 906, o eletrodo positivo 907, o separador 906, e o eletrodo negativo 905 rolado num cilindro com uma seção transversal circular. Nessa configuração, pelo menos uma porção da superfície externa da célula (por exemplo, superfície de fundo de célula) pode servir como um terminal negativo. A FIG. 11 mostra exemplos de baterias à base de LFP finalizadas. Nesse caso, as baterias são configuradas com um fator de configuração/forma cilíndrica.
[0093] Uma bateria pode compreender pelo menos uma célula que compreende um eletrodo negativo (ânodo durante descarga) que compreende grafite, e um eletrodo positivo (cátodo durante descarga) que compreende PCS/óxido de lítio-níquel-cobalto-alumínio (NCA). Uma configuração/fator de forma da bateria pode ser conforme descrito em outra parte no presente documento (por exemplo, células cilíndricas, em bolso, prismáticas ou em botão de vários tamanhos). Em certas modalidades, a bateria pode ter um fator de configuração/forma cilíndrico (por exemplo, embalagem 18650). A FIG. 16 mostra o desempenho exemplificativo de uma bateria à base de NCA. Será observado que, enquanto o eletrodo positivo e a bateria nesse exemplo são primariamente descritas como compreendendo PCS, tais eletrodos positivos e baterias podem compreender qualquer material à base de carbono de acordo com a presente divulgação.
[0094] A FIG. 13 é uma ilustração esquemática de um exemplo de uma estrutura de uma (bateria) célula (por exemplo, uma célula à base de NCA). Uma vista lateral 1301 e uma vista de topo 1302 da bateria são mostradas. Em algumas modalidades, a bateria tem uma altura de cerca de 65 mm, e um diâmetro de cerca de 18 mm. Um separador 1312 separa um cátodo (eletrodo positivo) 1313 de um ânodo (eletrodo negativo) 1311. Em algumas modalidades, a bateria compreende folhas em camadas do ânodo 1311, o separador 1312, e o cátodo 1313 rolados num cilindro com uma seção transversal circular. A FIG. 15 mostra exemplos de baterias à base de NCA finalizadas. Nesse caso, as baterias são configuradas com um fator de configuração/forma cilíndrica.
[0095] Uma bateria pode compreender pelo menos uma célula que compreende um eletrodo negativo (ânodo durante descarga) que compreende grafite, e um eletrodo positivo (cátodo durante descarga) que compreende PCS/óxido de lítio-níquel-manganês-cobalto (NMC). Uma configuração/fator de forma da bateria pode ser conforme descrito em outra parte no presente documento (por exemplo, células cilíndricas, em bolso, prismáticas ou em botão de vários tamanhos). Em certas modalidades, a bateria pode ter um fator de configuração/forma em bolso (por exemplo, embalagem LiPoly). Será observado que, enquanto o eletrodo positivo e a bateria nesse exemplo são primariamente descritas como compreendendo PCS, tais eletrodos positivos e baterias podem compreender qualquer material à base de carbono de acordo com a presente divulgação.
[0096] A FIG. 17 é uma ilustração esquemática de um exemplo de uma estrutura de uma (bateria) célula (por exemplo, uma célula à base de NMC). Um separador 1702 separa um eletrodo positivo 1701 de um eletrodo negativo 1703. Em algumas modalidades, a bateria compreende folhas em camadas do eletrodo negativo 1703, o separador 1702, e o eletrodo positivo 1701 rolados num cilindro com uma seção transversal retangular. Os eletrodos positivo e negativo são conectados com uma aba positiva 1704 e uma aba negativa 1705, respectivamente. A bateria pode ser encapsulada num laminado de alumínio pré-formado 1706. A FIG. 21 mostra um exemplo de uma bateria à base de NMC finalizada. Nesse caso, a bateria é configurada com um fator de configuração/forma em bolso.
[0097] Os dispositivos de armazenamento de energia da presente divulgação podem ter fatores de configurações e/ou forma diferentes (por exemplo, consultar FIG. 9, FIG. 11, FIG. 13, FIG. 15, FIG. 17, e FIGs. 20 a 21). Quaisquer aspectos da presente divulgação descritos em relação a um dado fator de configuração e/ou forma descrito em relação a um dispositivo de armazenamento de energia que compreende um dado material ou conjunto de materiais podem se aplicar igualmente a um dispositivo de armazenamento de energia que compreende um material diferente ou conjunto de materiais descrito no presente documento pelo menos em algumas configurações. Os dispositivos de armazenamento de energia da presente divulgação podem ser embalados em qualquer forma. A embalagem pode ser acionada por aplicação final.
[0098] Um dado fator de configuração e/ou forma pode incluir uma dada embalagem. O fator de configuração e/ou forma pode ser selecionado com base na aplicação (por exemplo, uma célula em bolso pode ser selecionada para aplicação num telefone celular, enquanto as células cilíndricas podem ser selecionadas para certos outros dispositivos de consumidor). Por exemplo, uma célula de um dispositivo de armazenamento de energia descrito no presente documento pode ser configurada como uma célula cilíndrica, uma célula em bolso, uma célula retangular, uma célula prismática, uma célula em botão ou outra configuração. Cada tal configuração pode ter um dado tamanho e fator de forma final. O fator de forma pode corresponder a uma dada embalagem. A embalagem pode ser rígida ou não rígida. A embalagem pode ou pode não vedar hermeticamente a célula.
[0099] As células cilíndricas, prismáticas e em botão podem usar invólucros metálicos. Uma célula cilíndrica pode ter uma lata de aço inoxidável exterior como sua embalagem. Em algumas modalidades, uma célula pode compreender a embalagem de célula cilíndrica de 18 mm por 65 mm (adicionalmente “embalagem 18650” no presente documento), embalagem de célula cilíndrica de 26 mm por 65 mm (adicionalmente “embalagem 26650” no presente documento), ou embalagem de célula cilíndrica 32 mm por 65 mm (adicionalmente “embalagem 32650” no presente documento). Tal embalagem pode incluir, por exemplo, um ou mais dentre embalagem metálica externa e um terminal negativo (por exemplo, uma lata de célula), junta (ou juntas), isolante (ou isolantes), separador (ou separadores) (por exemplo, separador de ânodo (ou separadores de ânodo)), uma malha de metal, e/ou outros componentes (por exemplo, consultar FIG. 9 e FIG. 13). O exterior de lata vedado pode resistir altas pressões internas. Em algumas modalidades, o pacote de célula cilíndrica pode incluir um mecanismo de alívio de pressão, por exemplo, uma vedação de membrana que rompe mediante pressão interna excessiva, e/ou uma ventilação revedável para liberar pressão interna.
[00100] Uma célula em botão pode não ter uma ventilação segura. A célula em botão pode compreender uma lata de célula (por exemplo, em comunicação elétrica com um eletrodo positivo) vedada a uma tampa (por exemplo, em comunicação elétrica com um eletrodo negativo) com uma junta.
[00101] As células prismáticas podem ser contidas numa lata retangular. Uma célula prismática pode ser embalada, por exemplo, em alojamentos de alumínio soldados. O metal de calibre mais pesado pode ser usado para um recipiente de célula prismática (por exemplo, um tamanho de parede levemente mais espesso pode ser usado para a célula prismática para compensar a estabilidade mecânica diminuída de uma configuração cilíndrica). Em algumas modalidades, os eletrodos de uma célula prismática podem ser empilhados. Em algumas modalidades, os eletrodos de uma célula prismática podem estar na forma de uma espiral achatada. As células prismáticas podem ser configuradas em vários formatos e/ou tamanhos. Tais formatos e/ou tamanhos podem ser configurados, por exemplo, com base em capacidade de armazenamento de carga (por exemplo, formato de 2880 C (800 miliamp horas (mAh)) a 14400 C (4000 mAh) para telefones móveis, computadores do tipo tablet, computadores do tipo laptop de baixo perfil, e outros eletrônicos de consumidores portáteis, ou 72000 C a 180000 C (20 a 50 Ah) para trens de força elétricos em veículos híbridos e elétricos).
[00102] As células em estojo maleável/pacote ou bolso podem compreender uma arquitetura laminada numa bolsa de plástico aluminizado fino, colado com tipos diferentes de polímeros para bom ajuste. Uma célula em bolso pode compreender embalagem de folha metálica de múltiplas camadas vedável a quente (por exemplo, consultar FIG. 17). Tal embalagem pode servir como uma embalagem maleável. Os contatos elétricos na célula em bolso podem compreender abas de folha metálica condutoras soldadas aos eletrodos e vedadas ao material de bolso (por exemplo, trazidos para o lado de fora de maneira completamente vedada). A célula em bolso pode ser embalada com o uso de, por exemplo, embalagem de bateria de polímero de lítio (por exemplo, embalagem usada para células de polímero de lítio com eletrólitos sólidos, adicionalmente “embalagem LiPoly” no presente documento). Tal embalagem pode incluir, por exemplo, um bolso de folha metálica com um laminado plástico externo. Uma célula em bolso pode ter tamanhos diferentes. Em algumas modalidades, uma célula em bolso pode ser configurada ou dimensionada para uma aplicação específica (por exemplo, células em bolso podem ser colocadas em áreas pequenas entre embalagens eletrônicas personalizadas). Em algumas modalidades, um tamanho de uma célula em bolso pode corresponder à dada capacidade de armazenamento de carga (por exemplo, uma capacidade de armazenamento de carga na faixa de 40 Ah para uso nos sistemas de armazenamento de energia ou uma capacidade de armazenamento de carga adequada para telefone celular e aplicações eletrônicas de consumidor portáteis, como drones e recursos de passatempo).
COMPOSIÇÃO DE DISPOSITIVOS DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA
[00103] Uma bateria de íon-lítio (LIB) pode compreender um eletrodo negativo. Em algumas modalidades, a LIB pode compreender um eletrodo negativo à base de carbono (por exemplo, que compreende grafite ou nanotubos de carbono). Em algumas modalidades, a LIB pode compreender um eletrodo negativo de silício (Si). Em algumas modalidades, a LIB pode compreender um eletrodo negativo à base de liga (por exemplo, que compreende ligas de estanho). Em algumas modalidades, a LIB pode compreender um eletrodo negativo à base de óxido ou sulfeto (por exemplo, que compreende óxido de manganês (II) (MnO) ou sulfeto de magnésio (MgS)). A LIB pode compreender um eletrodo positivo que compreende um óxido, por exemplo, óxido em camadas (por exemplo, LiCoO2), espinel (por exemplo, LiMn2O4), ou olivina (por exemplo, LiFePO4). A LIB pode compreender aditivo condutor (ou aditivos condutores). O aditivo condutor (ou aditivos condutores) pode ser fornecido no eletrodo positivo, no eletrodo negativo, ou ambos. O aditivo condutor (ou aditivos condutores) pode incluir, por exemplo, negro de carbono ou nanotubos de carbono. A LIB pode compreender um ligante, em que o ligante compreende pelo menos um dentre um primeiro ligante e um segundo ligante. Em algumas modalidades, o primeiro ligante é igual ao segundo ligante. Em algumas modalidades, o primeiro ligante não é igual ao segundo ligante. A LIB pode compreender um eletrólito. O eletrólito pode incluir, por exemplo, um sal de lítio (por exemplo, hexafluorofosfato de lítio (LiPF6), tetrafluoroborato de lítio (LiBF4), ou perclorato de lítio (LiClO4)) numa solução orgânica (por exemplo, carbonato de etileno, carbonato de dimetila, ou carbonato de dietila).
[00104] Em algumas modalidades, o material à base de carbono da presente divulgação pode ser fornecido no eletrodo positivo de uma bateria de íon-lítio. O material à base de carbono pode ser usado como um aditivo condutor (por exemplo, para substituir negro de carbono). O material à base de carbono pode ser usado como um material ativo no eletrodo positivo.
[00105] Em algumas modalidades, o material à base de carbono da presente divulgação pode ser fornecido no eletrodo negativo de uma bateria de íon-lítio. O material à base de carbono pode ser usado como um material ativo no eletrodo negativo. O material à base de carbono pode ser usado como revestimento em outros materiais ativos (por exemplo, Si) e/ou pode formar compósitos com outros materiais ativos (por exemplo, Si) para o eletrodo negativo.
[00106] Em algumas modalidades, o material à base de carbono da presente divulgação pode ser fornecido no eletrodo negativo de uma bateria de metal de lítio. O material à base de carbono pode ser usado como revestimento no eletrodo negativo de lítio (por exemplo, para inibir o crescimento de dendrite).
[00107] Em algumas modalidades, o material à base de carbono da presente divulgação pode ser fornecido no eletrodo positivo e no eletrodo negativo de uma bateria de íon-lítio. O material à base de carbono pode ser usado como um aditivo condutor no eletrodo positivo e ao mesmo tempo como material ativo no eletrodo negativo. O material à base de carbono pode ser usado como material ativo no eletrodo positivo (por exemplo, quando GO é usado no eletrodo negativo).
[00108] Em algumas modalidades, o material à base de carbono da presente divulgação pode ser fornecido como material ativo em supercapacitores simétricos. O material à base de carbono pode ser usado em ambos os eletrodos (por exemplo, como aerogel à base de carbono).
[00109] Em algumas modalidades, o material à base de carbono da presente divulgação pode ser fornecido como material ativo em supercapacitores assimétricos. O material à base de carbono pode ser usado como um eletrodo e acoplado a outro eletrodo feito de outros materiais (por exemplo, MnO2). O material à base de carbono também pode ser usado em ambos os eletrodos quando forma compósitos com materiais diferentes nos dois eletrodos.
[00110] Os dispositivos de armazenamento de energia descritos no presente documento podem compreender um eletrólito. Os eletrólitos descritos no presente documento podem incluir, por exemplo, eletrólitos aquosos, orgânicos e/ou à base de líquido iônico. O eletrólito pode ser líquido, sólido ou um gel. Um líquido iônico pode ser hibridizado com outro componente sólido, por exemplo, polímero ou sílica (por exemplo, sílica fumada), para formar um eletrólito semelhante a gel (adicionalmente “ionogel” no presente documento). Um eletrólito aquoso pode ser hibridizado com, por exemplo, um polímero, para formar um eletrólito semelhante a gel (adicionalmente “hidrogel” e “hidrogel-polímero” no presente documento). Um eletrólito orgânico pode ser hibridizado com, por exemplo, um polímero, para formar um eletrólito semelhante a gel. Em algumas modalidades, o eletrólito também pode incluir um sal de lítio (por exemplo, LiPF6, LiBF4, ou LiClO4). Por exemplo, o eletrólito pode incluir um sal de lítio (por exemplo, LiPF6, LiBF4, ou LiClO4) numa solução orgânica (por exemplo, carbonato de etileno (EC), carboneto de dimetila (DMC), ou carbonato de dietila (DEC)). O eletrólito pode compreender um ou mais componentes adicionais (por exemplo, um ou mais aditivos). Em algumas modalidades, uma composição de eletrólito (por exemplo, um eletrólito de LIB de polímero de pacote maleável) pode incluir um ou mais dentre EC, carbonato de etil metila (EMC), DEC, LiPF6, e um aditivo. Em algumas modalidades, uma composição de eletrólito (por exemplo, um eletrólito de LIB de alta capacidade) pode incluir um ou mais dentre EC, DEC, carbonato de propileno (PC), LiPF6, e um aditivo.
[00111] O dispositivo de armazenamento de energia pode compreender um polímero. Em algumas modalidades, o dispositivo de armazenamento de energia pode compreender um separador. Por exemplo, o dispositivo de armazenamento de energia pode compreender um separador de polietileno (por exemplo, um separador de polietileno de peso molecular ultra alto). O separador pode ter uma espessura menor do que ou igual a cerca de 16 μm, 15 μm, 14 μm, 13 μm, 12 μm, 11 μm, 10 μm, 9 μm ,ou 8 μm (por exemplo, cerca de 12 ± 2,0 μm). O separador pode ter uma dada permeabilidade. O separador pode ter a permeabilidade (por exemplo, tipo Gurley) maior do que ou igual a cerca de 150 s/100 ml, 160 s/100 ml, 170 s/100 ml, 180 s/100 ml, 190 s/100 ml, 200 s/100 ml, 210 s/100 ml, 220 s/100 ml, 230 s/100 ml, 240 s/100 ml, 250 s/100 ml, 260 s/100 ml, 270 s/100 ml, 280 s/100 ml, 290 s/100 ml, ou 300 s/100 ml (por exemplo, 180 ± 50 s/100 ml). Alternativamente, o separador pode ter uma permeabilidade (por exemplo, tipo Gurley) menor do que cerca de 150 s/100 ml, 160 s/100 ml, 170 s/100 ml, 180 s/100 ml, 190 s/100 ml, 200 s/100 ml, 210 s/100 ml, 220 s/100 ml, 230 s/100 ml, 240 s/100 ml, 250 s/100 ml, 260 s/100 ml, 270 s/100 ml, 280 s/100 ml, 290 s/100 ml, ou 300 s/100 ml. O separador pode ter uma dada porosidade. O separador pode ter uma porosidade maior do que ou igual a cerca de 35%, 40%, 45%, ou 50% (por exemplo, 40% ± 5%). Alternativamente, o separador pode ter uma porosidade de menos do que cerca de 35%, 40%, 45%, ou 50%. O separador pode ter uma dada temperatura de desligamento (por exemplo, acima da temperatura de desligamento, o separador pode não funcionar normalmente). Em algumas modalidades, o separador pode ter uma temperatura de desligamento (real) menor do que ou igual a cerca de 150 °C, 140 °C, 130 °C, 120 °C, 110 °C, ou 100 °C. Em algumas modalidades, o separador pode ter uma temperatura de desligamento (DSC) entre cerca de 130 °C e 150 °C, 130 °C e 140 °C, ou 136 °C e 140 °C.
[00112] Um material ativo de um eletrodo (por exemplo, um eletrodo positivo de uma LIB) pode incluir, por exemplo, grafeno, fosfato de lítio e ferro (LFP; LiFePO4), óxido de lítio-níquel-cobalto-alumínio (NCA; LiNiCoAlO2), óxido de lítio-níquel-manganês-cobalto (NMC; LiNiMnCoO2), óxido de lítio-cobalto (LCO; LiCoO2), óxido de lítio-manganês (LMO; LiMn2O4), titanato de lítio (LTO; Li4Ti5O12), enxofre de lítio, ou qualquer combinação dos mesmos. Um ou mais dentre tais materiais ativos podem estar presentes no eletrodo numa concentração individual ou combinada (por exemplo, em peso numa base seca, sem solvente) entre cerca de 0,25% e 0,5%, 0,25% e 0,75%, 0,25% e 1%, 0,25% e 2%, 0,25% e 5%, 0,25% e 10%, 0,25% e 20%, 0,25% e 30%, 0,25% e 40%, 0,25% e 50%, 0,5% e 0,75%, 0,5% e 1%, 0,5% e 2%, 0,5% e 5%, 0,5% e 10%, 0,5% e 20%, 0,5% e 30%, 0,5% e 40%, 0,5% e 50%, 0,75% e 1%, 0,75% e 2%, 0,75% e 5%, 0,75% e 10%, 0,75% e 20%, 0,75% e 30%, 0,75% e 40%, 0,75% e 50%, 1% e 2%, 1% e 5%, 1% e 10%, 1% e 20%, 1% e 30%, 1% e 40%, 1% e 50%, 2% e 5%, 2% e 10%, 2% e 20%, 2% e 30%, 2% e 40%, 2% e 50%, 5% e 10%, 5% e 20%, 5% e 30%, 5% e 40%, 5% e 50%, 10% e 20%, 10% e 30%, 10% e 40%, 10% e 50%, 20% e 30%, 20% e 40%, 20% e 50%, 30% e 40%, 30% e 50%, 40% e 50%, 50% e 55%, 50% e 60%, 50% e 65%, 50% e 67%, 50% e 69%, 50% e 71%, 50% e 73%, 50% e 75%, 50% e 77%, 50% e 79%, 50% e 81%, 50% e 83%, 50% e 85%, 50% e 87%, 50% e 89%, 50% e 91%, 50% e 93%, 50% e 95%, 50% e 97%, 50% e 99%, 55% e 60%, 55% e 65%, 55% e 67%, 55% e 69%, 55% e 71%, 55% e 73%, 55% e 75%, 55% e 77%, 55% e 79%, 55% e 81%, 55% e 83%, 55% e 85%, 55% e 87%, 55% e 89%, 55% e 91%, 55% e 93%, 55% e 95%, 55% e 97%, 55% e 99%, 60% e 65%, 60% e 67%, 60% e 69%, 60% e 71%, 60% e 73%, 60% e 75%, 60% e 77%, 60% e 79%, 60% e 81%, 60% e 83%, 60% e 85%, 60% e 87%, 60% e 89%, 60% e 91%, 60% e 93%, 60% e 95%, 60% e 97%, 60% e 99%, 65% e 67%, 65% e 69%, 65% e 71%, 65% e 73%, 65% e 75%, 65% e 77%, 65% e 79%, 65% e 81%, 65% e 83%, 65% e 85%, 65% e 87%, 65% e 89%, 65% e 91%, 65% e 93%, 65% e 95%, 65% e 97%, 65% e 99%, 67% e 69%, 67% e 71%, 67% e 73%, 67% e 75%, 67% e 77%, 67% e 79%, 67% e 81%, 67% e 83%, 67% e 85%, 67% e 87%, 67% e 89%, 67% e 91%, 67% e 93%, 67% e 95%, 67% e 97%, 67% e 99%, 69% e 71%, 69% e 73%, 69% e 75%, 69% e 77%, 69% e 79%, 69% e 81%, 69% e 83%, 69% e 85%, 69% e 87%, 69% e 89%, 69% e 91%, 69% e 93%, 69% e 95%, 69% e 97%, 69% e 99%, 71% e 73%, 71% e 75%, 71% e 77%, 71% e 79%, 71% e 81%, 71% e 83%, 71% e 85%, 71% e 87%, 71% e 89%, 71% e 91%, 71% e 93%, 71% e 95%, 71% e 97%, 71% e 99%, 73% e 75%, 73% e 77%, 73% e 79%, 73% e 81%, 73% e 83%, 73% e 85%, 73% e 87%, 73% e 89%, 73% e 91%, 73% e 93%, 73% e 95%, 73% e 97%, 73% e 99%, 75% e 77%, 75% e 79%, 75% e 81%, 75% e 83%, 75% e 85%, 75% e 87%, 75% e 89%, 75% e 91%, 75% e 93%, 75% e 95%, 75% e 97%, 75% e 99%, 77% e 79%, 77% e 81%, 77% e 83%, 77% e 85%, 77% e 87%, 77% e 89%, 77% e 91%, 77% e 93%, 77% e 95%, 77% e 97%, 77% e 99%, 79% e 81%, 79% e 83%, 79% e 85%, 79% e 87%, 79% e 89%, 79% e 91%, 79% e 93%, 79% e 95%, 79% e 97%, 79% e 99%, 81% e 83%, 81% e 85%, 81% e 87%, 81% e 89%, 81% e 91%, 81% e 93%, 81% e 95%, 81% e 97%, 81% e 99%, 83% e 85%, 83% e 87%, 83% e 89%, 83% e 91%, 83% e 93%, 83% e 95%, 83% e 97%, 83% e 99%, 85% e 87%, 85% e 89%, 85% e 91%, 85% e 93%, 85% e 95%, 85% e 97%, 85% e 99%, 87% e 89%, 87% e 91%, 87% e 93%, 87% e 95%, 87% e 97%, 87% e 99%, 89% e 91%, 89% e 93%, 89% e 95%, 89% e 97%, 89% e 99%, 90% e 90,5%, 90% e 91%, 90% e 91,5%, 90% e 92%, 90% e 92,5%, 90% e 93%, 90% e 93,5%, 90% e 94%, 90% e 94,5%, 90% e 95%, 90% e 95,5%, 90% e 96%, 90% e 96,5%, 90% e 97%, 90% e 97,5%, 90% e 98%, 90% e 98,5%, 90% e 99%, 90% e 99,5%, 90,5% e 91%, 90,5% e 91,5%, 90,5% e 92%, 90,5% e 92,5%, 90,5% e 93%, 90,5% e 93,5%, 90,5% e 94%, 90,5% e 94,5%, 90,5% e 95%, 90,5% e 95,5%, 90,5% e 96%, 90,5% e 96,5%, 90,5% e 97%, 90,5% e 97,5%, 90,5% e 98%, 90,5% e 98,5%, 90,5% e 99%, 90,5% e 99,5%, 91% e 91,5%, 91% e 92%, 91% e 92,5%, 91% e 93%, 91% e 93,5%, 91% e 94%, 91% e 94,5%, 91% e 95%, 91% e 95,5%, 91% e 96%, 91% e 96,5%, 91% e 97%, 91% e 97,5%, 91% e 98%, 91% e 98,5%, 91% e 99%, 91% e 99,5%, 91,5% e 92%, 91,5% e 92,5%, 91,5% e 93%, 91,5% e 93,5%, 91,5% e 94%, 91,5% e 94,5%, 91,5% e 95%, 91,5% e 95,5%, 91,5% e 96%, 91,5% e 96,5%, 91,5% e 97%, 91,5% e 97,5%, 91,5% e 98%, 91,5% e 98,5%, 91,5% e 99%, 91,5% e 99,5%, 92% e 92,5%, 92% e 93%, 92% e 93,5%, 92% e 94%, 92% e 94,5%, 92% e 95%, 92% e 95,5%, 92% e 96%, 92% e 96,5%, 92% e 97%, 92% e 97,5%, 92% e 98%, 92% e 98,5%, 92% e 99%, 92% e 99,5%, 92,5% e 93%, 92,5% e 93,5%, 92,5% e 94%, 92,5% e 94,5%, 92,5% e 95%, 92,5% e 95,5%, 92,5% e 96%, 92,5% e 96,5%, 92,5% e 97%, 92,5% e 97,5%, 92,5% e 98%, 92,5% e 98,5%, 92,5% e 99%, 92,5% e 99,5%, 93% e 93,5%, 93% e 94%, 93% e 94,5%, 93% e 95%, 93% e 95,5%, 93% e 96%, 93% e 96,5%, 93% e 97%, 93% e 97,5%, 93% e 98%, 93% e 98,5%, 93% e 99%, 93% e 99,5%, 93,5% e 94%, 93,5% e 94,5%, 93,5% e 95%, 93,5% e 95,5%, 93,5% e 96%, 93,5% e 96,5%, 93,5% e 97%, 93,5% e 97,5%, 93,5% e 98%, 93,5% e 98,5%, 93,5% e 99%, 93,5% e 99,5%, 94% e 94,5%, 94% e 95%, 94% e 95,5%, 94% e 96%, 94% e 96,5%, 94% e 97%, 94% e 97,5%, 94% e 98%, 94% e 98,5%, 94% e 99%, 94% e 99,5%, 94,5% e 95%, 94,5% e 95,5%, 94,5% e 96%, 94,5% e 96,5%, 94,5% e 97%, 94,5% e 97,5%, 94,5% e 98%, 94,5% e 98,5%, 94,5% e 99%, 94,5% e 99,5%, 95% e 95,5%, 95% e 96%, 95% e 96,5%, 95% e 97%, 95% e 97,5%, 95% e 98%, 95% e 98,5%, 95% e 99%, 95% e 99,5%, 95,5% e 96%, 95,5% e 96,5%, 95,5% e 97%, 95,5% e 97,5%, 95,5% e 98%, 95,5% e 98,5%, 95,5% e 99%, 95,5% e 99,5%, 96% e 96,5%, 96% e 97%, 96% e 97,5%, 96% e 98%, 96% e 98,5%, 96% e 99%, 96% e 99,5%, 96,5% e 97%, 96,5% e 97,5%, 96,5% e 98%, 96,5% e 98,5%, 96,5% e 99%, 96,5% e 99,5%, 97% e 97,5%, 97% e 98%, 97% e 98,5%, 97% e 99%, 97% e 99,5%, 97,5% e 98%, 97,5% e 98,5%, 97,5% e 99%, 97,5% e 99,5%, 98% e 98,5%, 98% e 99%, 98% e 99,5%, 98,5% e 99%, 98,5% e 99,5%, ou 99% e 99,5%. Um ou mais de tais materiais ativos podem estar presentes no eletrodo numa concentração individual ou combinada (por exemplo, em peso numa base seca, sem solvente) maior do que ou igual a cerca de 50%, 51%, 52%, 53%, 54%, 55%, 56%, 57%, 58%, 59%, 60%, 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 65,5%, 66%, 66,5%, 67%, 67,5%, 68%, 68,5%, 69%, 69,5%, 70%, 70,5%, 71%, 71,5%, 72%, 72,5%, 73%, 73,5%, 74%, 74,5%, 75%, 75,5%, 76%, 76,5%, 77%, 77,5%, 78%, 78,5%, 79%, 79,5%, 80%, 80,5%, 81%, 81,5%, 82%, 82,5%, 83%, 83,5%, 84%, 84,5%, 85%, 85,5%, 86%, 86, 5%, 87%, 87,5%, 88%, 88,5%, 89%, 89,5%, 90%, 90,5%, 91%, 91,5%, 92%, 92,5%, 93%, 93,5%, 94%, 94,5%, 95%, 95,5%, 96%, 96,5%, 97%, 97,5%, 98%, 98,5%, 99%, 99,5%, ou 99,9%. Além disso, ou como alternativa, um ou mais de tais materiais ativos podem estar presentes no eletrodo numa concentração individual ou combinada menor do que ou igual a cerca de 99,9%, 99,5%, 99%, 98,5%, 98%, 97,5%, 97%, 96,5%, 96%, 95,5%, 95%, 94,5%, 94%, 93,5%, 93%, 92,5%, 92%, 91,5%, 91%, 90,5%, 90%, 89,5%, 89%, 88,5%, 88%, 87,5%, 87%, 86,5%, 86%, 85,5%, 85%, 84,5%, 84%, 83,5%, 83%, 82,5%, 82%, 81,5%, 81%, 80,5%, 80%, 79,5%, 79%, 78,5%, 78%, 77,5%, 77%, 76,5%, 76%, 75,5%, 75%, 74,5%, 74%, 73,5%, 73%, 72,5%, 72%, 71,5%, 71%, 70,5%, 70%, 69,5%, 69%, 68,5%, 68%, 67,5%, 67%, 66,5%, 66%, 65,5%, 65%, 64%, 63%, 62%, 61%, 60%, 59%, 58%, 57%, 56%, 55%, 54%, 53%, 52%, 51%, ou 50%. Um ou mais de tais materiais ativos pode ser presente no eletrodo em tais concentrações em combinação com um ou mais outros materiais (por exemplo, um ou mais outros materiais de eletrodo e concentrações dos mesmos descritos no presente documento).
[00113] O material ativo supracitado pode compreender metais de não lítio numa dada razão. Por exemplo, o material ativo pode compreender níquel, cobalto e alumínio numa dada razão (por exemplo, cerca de 0,815:0,15:0,035 para NCA), ou níquel, cobalto e manganês numa dada razão (por exemplo, cerca de 6:2:2 para NMC). O material ativo pode compreender pelo menos 1, 2, 3, 4, 5, ou mais metais de não lítio. Os metais de não lítio podem ser selecionados entre, por exemplo, níquel, cobalto, alumínio, manganês, ferro e titânio. Em algumas modalidades, o material ativo pode compreender um primeiro metal de não lítio numa razão (por exemplo, em peso ou por mol) de pelo menos cerca de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, ou 15 em relação a um segundo metal de não lítio. Em algumas modalidades, o material ativo pode compreender o primeiro metal de não lítio numa razão (por exemplo, em peso ou em mol) de pelo menos cerca de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, ou 35 em relação a um terceiro metal de não lítio. Em algumas modalidades, o material ativo pode compreender o segundo metal de não lítio numa razão (por exemplo, em peso ou por mol) de pelo menos cerca de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, ou 15 em relação ao terceiro metal de não lítio. O material ativo pode compreender o metal de não lítio (ou metais de não lítio) e/ou um ou mais não metais numa concentração individual ou combinada (por exemplo, em peso) maior do que ou igual a cerca de 1%, 2%, 4%, 6%, 8%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, ou 99%. Além disso, ou como alternativa, o material ativo pode compreender o metal de não lítio(s) e/ou os um ou mais não metais numa concentração individual ou combinada (por exemplo, em peso) menor do que ou igual a cerca de 99,5%, 99%, 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 70%, 65%, 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%, 15%, 10%, 5%, ou 2%. Em certas modalidades, o material ativo pode compreender níquel, cobalto, e alumínio numa concentração (por exemplo, em peso total) de pelo menos cerca de 50%, 51%, 52%, 53%, 54%, 55%, 56%, 57%, 58%, 59%, ou 60% (por exemplo, cerca de 59 ± 1,0% para NCA). Em certas modalidades, o material ativo pode compreender ferro numa concentração (por exemplo, em peso) entre cerca de 33% e 36%, e fósforo numa concentração (por exemplo, em peso) entre cerca de 19% e 21% (por exemplo, maior do que ou igual a cerca de 58,5% para NMC). Em certas modalidades, o material ativo pode compreender níquel, cobalto, e alumínio numa concentração (por exemplo, em peso total) de pelo menos cerca de 50%, 51%, 52%, 53%, 54%, 55%, 56%, 57%, 58%, 59%, ou 60% (por exemplo, cerca de 59 ± 1,0% para NCA). O material ativo pode compreender lítio numa concentração (por exemplo, em peso) maior do que ou igual a cerca de 1%, 1,5%, 2%, 2,5%, 3%, 3,5%, 4%, 4,5%, 5%, 5,5%, 6%, 6,5%, 7%, 7,5%, 8%, 8,5%, 9%, 9,5%, ou 10%. Além disso, ou como alternativa, o material ativo pode compreender lítio numa concentração (por exemplo, em peso) menor do que ou igual a cerca de 15%, 10%, 8%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, ou 1,5%. Por exemplo, o material ativo pode compreender lítio numa concentração (por exemplo, em peso) de cerca de 7,2 ± 0,4% para NCA, 7,1% para NMC, ou entre cerca de 3,9% e 4,9% para LFP. O material ativo pode compreender tais concentrações de lítio além das concentrações supracitadas de metais de não lítio (por exemplo, de níquel, cobalto e alumínio, ou dentre níquel, cobalto, e manganês). O material ativo pode ter uma dada área de superfície específica. O material ativo pode ter uma área de superfície específica maior do que ou igual a cerca de 0,1 metro quadrado por grama (m2/g), 0,2 m2/g, 0,3 m2/g, 0,4 m2/g, 0,5 m2/g, 0,6 m2/g, 0,7 m2/g, 0,8 m2/g, 0,9 m2/g, 1 m2/g, 2 m2/g, 3 m2/g, 4 m2/g, 5 m2/g, 6 m2/g, 7 m2/g, 8 m2/g, 9 m2/g, 10 m2/g, 11 m2/g, 12 m2/g, 13 m2/g, 14 m2/g, 15 m2/g, 16 m2/g, 17 m2/g, 18 m2/g, 19 m2/g, 20 m2/g ou 25 m2/g. Além disso, ou como alternativa, o material ativo pode ter uma área de superfície específica menor do que ou igual a cerca de 30 m2/g, 25 m2/g, 20 m2/g, 19 m2/g, 18 m2/g, 17 m2/g ,16 m2/g, 15 m2/g, 14 m2/g, 13 m2/g, 12 m2/g, 11 m2/g, 10 m2/g, 9 m2/g, 8 m2/g, 7 m2/g, 6 m2/g, 5 m2/g, 4 m2/g, 3 m2/g, 2 m2/g, 1 m2/g, 0,9 m2/g, 0,8 m2/g, 0,7 m2/g, 0,6 m2/g, 0,5 m2/g, 0,4 m2/g, 0,3 m2/g, ou 0,2 m2/g. Em algumas modalidades, o material ativo (por exemplo, NCA) pode ter uma área de superfície específica entre cerca de 0,3 m2/g e 0,7 m2/g. Em algumas modalidades, o material ativo (por exemplo, NMC) pode ter uma área de superfície específica entre cerca de 0,2 m2/g e 0,5 m2/g. Em algumas modalidades, o material ativo (por exemplo, LFP) pode ter uma área de superfície específica entre cerca de 9 m2/g e 13 m2/g, ou 8 m2/g e 12 m2/g. O material ativo pode ter uma dada primeira capacidade de descarga. O material ativo pode ter uma primeira capacidade de descarga maior do que ou igual a cerca de 360 C/g (100 miliamp horas por grama (mAh/g)), 378 C/g (105 mAh/g), 396 C/g (110 mAh/g), 414 C/g (115 mAh/g), 432 C/g (120 mAh/g), 450 C/g (125 mAh/g), 468 C/g (130 mAh/g), 486 C/g (135 mAh/g), 504 C/g (140 mAh/g), 522 C/g (145 mAh/g), 540 C/g (150 mAh/g), 558 C/g (155 mAh/g), 576 C/g (160 mAh/g), 594 C/g (165 mAh/g), 612 C/g (170 mAh/g), 630 C/g (175 mAh/g), 648 C/g (180 mAh/g), 666 C/g (185 mAh/g), 684 C/g (190 mAh/g), 702 C/g (195 mAh/g), 720 C/g (200 mAh/g), 738 C/g (205 mAh/g), 756 C/g (210 mAh/g), 774 C/g (215 mAh/g), ou 7920 C (220 mAh/g). Além disso, ou como alternativa, o material ativo pode ter uma primeira capacidade de descarga menor do que ou igual a cerca de 828 C/g (230 mAh/g), 810 C/g (225 mAh/g), 792 C/g (220 mAh/g), 774 C/g (215 mAh/g), 756 C/g (210 mAh/g), 738 C/g (205 mAh/g), 720 C/g (200 mAh/g), 702 C/g (195 mAh/g), 674 C/g (190 mAh/g), 666 C/g (185 mAh/g), 648 C/g (180 mAh/g), 630 C/g (175 mAh/g), 612 C/g (170 mAh/g), 594 C/g (165 mAh/g), 576 C/g (160 mAh/g), 558 C/g (155 mAh/g), ou 540 C/g (150 mAh/g). Em algumas modalidades, o material ativo (por exemplo, NCA) pode ter uma primeira capacidade de descarga maior do que ou igual a cerca de 702 C/g (195 mAh/g) (por exemplo, numa taxa de carga/descarga de 0,1 C/0,1 C e um intervalo de tensão 3,0 volts ~ 4,3 volts (V)). Em algumas modalidades, o material ativo (por exemplo, NMC) pode ter uma primeira capacidade de descarga maior do que ou igual a cerca de 640 C/g (178 mAh/g) (por exemplo, para uma célula de moeda (por exemplo, CR2032) numa taxa de carga/descarga de 0,1 C/0,1 C e um intervalo de tensão de 3,0 V ~ 4,3 V versus lítio). Em algumas modalidades, o material ativo (por exemplo, LFP) pode ter uma primeira capacidade de descarga maior do que ou igual a cerca de 540 C/g (150 mAh/g) (por exemplo, a 0,2 C). O material ativo pode ter uma dada capacidade. O material ativo pode ter uma capacidade maior do que ou igual a cerca de 288 C/g (80 mAh/g), 306 C/g (85 mAh/g), 324 C/g (90 mAh/g), 342 C/g (95 mAh/g), 360 C/g (100 mAh/g), 378 C/g (105 mAh/g), 396 C/g (110 mAh/g), 414 C/g (115 mAh/g), 432 C/g (120 mAh/g), 450 C/g (125 mAh/g), 468 C/g (130 mAh/g), 486 C/g (135 mAh/g), 504 (C/g) 140 mAh/g, 522 C/g (145 mAh/g), 540 C/g (150 mAh/g), 558 C/g (155 mAh/g), 576 C/g (160 mAh/g), 594 C/g (165 mAh/g), 612 C/g (170 mAh/g), 630 C/g (175 mAh/g), 648 C/g (180 mAh/g), 666 C/g (185 mAh/g), 684 C/g (190 mAh/g), 702 C/g (195 mAh/g), 720 C/g (200 mAh/g), 792 C/g (220 mAh/g), 864 C/g (240 mAh/g), 936 C/g (260 mAh/g), 1008 C/g (280 mAh/g), 1080 C/g (300 mAh/g), 1440 C/g (400 mAh/g), 1800 C/g (500 mAh/g), 2160 C/g (600 mAh/g), 2520 C/g (700 mAh/g), 2880 C/g (800 mAh/g), ou 3240 C/g (900 mAh/g). Além disso, ou como alternativa, o material ativo pode ter uma capacidade maior do que ou igual a cerca de 2160 C/g (600 mAh/g), 1800 C/g (500 mAh/g), 1440 C/g (400 mAh/g), 1080 C/g (300 mAh/g), 900 C/g (250 mAh/g), 756 C/g (210 mAh/g), 738 C/g (205 mAh/g), 720 C/g (200 mAh/g), 702 C/g (195 mAh/g), 684 C/g (190 mAh/g), 666 C/g (185 mAh/g), 648 C/g (180 mAh/g), 630 C/g (175 mAh/g), 612 C/g (170 mAh/g), 594 C/g (165 mAh/g), 576 C/g (160 mAh/g), 558 C/g (155 mAh/g), 540 C/g (150 mAh/g), 522 C/g (145 mAh/g), 504 C/g (140 mAh/g), 486 C/g (135 mAh/g) ou 468 C/g (130 mAh/g). Em algumas modalidades, o material ativo (por exemplo, NMC) pode ter uma capacidade entre cerca de 583 C/g (162 mAh/g) e 604 C/g (168 mAh/g) (por exemplo, para uma célula completa numa taxa de carga/descarga taxa de 0,5 C). O material ativo pode ter uma dada primeira eficácia de descarga (por exemplo, maior do que ou igual a cerca de 75%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85% (por exemplo, NMC), 86%, 87%, 88%, 89% (por exemplo, NCA), 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, ou 95%). O material ativo pode ter qualquer combinação de uma ou mais das composições de tamanho de partícula supracitada, áreas de superfície específica, primeiras capacidades de descarga, capacidades, primeiras eficácias de descarga, e outras propriedades.
[00114] Um eletrodo (por exemplo, um eletrodo positivo ou negativo de uma LIB) pode incluir um ligante. Em algumas modalidades, o ligante compreende pelo menos um dentre um primeiro ligante e um segundo ligante. Em algumas modalidades, o primeiro ligante é igual ao segundo ligante. Em algumas modalidades, o primeiro ligante não é igual ao segundo ligante. A ligante (por exemplo, um primeiro ligante ou um segundo ligante) pode compreender, por exemplo, um ou mais fluoropolímeros (por exemplo, fluoropolímeros termoplásticos não reativos), copolímeros, e/ou outros tipos de polímero. Os exemplos de ligantes podem incluir, mas sem limitação, fluoreto de polivinila (PVF), fluoreto de polivinilideno (PVDF), politetrafluoroetileno (PTFE), policlorotrifluoroetileno (PCTFE), polímero de perfluoroalcóxi (PFA, MFA), etileno-propileno fluorado (FEP), polietilenotetrafluoroetileno (ETFE), polietilenoclorotrifluoroetileno (ECTFE), plastômero perfluorado (FFPM/FFKM), fluorocarbono ou (adicionalmente “fluoreto de clorotrifluoroetilenovinilideno” nas reivindicações no presente documento; FPM/FKM), fluoroelastômero (adicionalmente “tetrafluoroetileno-propileno” nas reivindicações no presente documento; FEPM), perfluoropoliéter (PFPE), ácido perfluorosulfônico (PFSA), perfluoropolioxetano, P(VDF-trifluoroetileno), P(VDF- tetrafluoroetileno), ou qualquer combinação dos mesmos. Um ou mais de tais materiais ligantes podem estar presentes no eletrodo (por exemplo, no eletrodo positivo e/ou no eletrodo negativo) numa concentração individual ou combinada (por exemplo, em peso numa base seca, sem solvente) entre cerca de 0,5% e 1%, 0,5% e 2%, 0,5% e 3%, 0,5% e 4%, 0,5% e 5%, 0,5% e 6%, 0,5% e 7%, 0,5% e 8%, 0,5% e 9%, 0,5% e 10%, 0,5% e 11%, 0,5% e 12%, 0,5% e 13%, 0,5% e 14%, 0,5% e 15%, 0,5% e 16%, 0,5% e 17%, 0,5% e 18%, 0,5% e 19%, 0,5% e 20%, 1% e 2%, 1% e 3%, 1% e 4%, 1% e 5%, 1% e 6%, 1% e 7%, 1% e 8%, 1% e 9%, 1% e 10%, 1% e 11%, 1% e 12%, 1% e 13%, 1% e 14%, 1% e 15%, 1% e 16%, 1% e 17%, 1% e 18%, 1% e 19%, 1% e 20%, 2% e 3%, 2% e 4%, 2% e 5%, 2% e 6%, 2% e 7%, 2% e 8%, 2% e 9%, 2% e 10%, 2% e 11%, 2% e 12%, 2% e 13%, 2% e 14%, 2% e 15%, 2% e 16%, 2% e 17%, 2% e 18%, 2% e 19%, 2% e 20%, 3% e 4%, 3% e 5%, 3% e 6%, 3% e 7%, 3% e 8%, 3% e 9%, 3% e 10%, 3% e 11%, 3% e 12%, 3% e 13%, 3% e 14%, 3% e 15%, 3% e 16%, 3% e 17%, 3% e 18%, 3% e 19%, 3% e 20%, 4% e 5%, 4% e 6%, 4% e 7%, 4% e 8%, 4% e 9%, 4% e 10%, 4% e 11%, 4% e 12%, 4% e 13%, 4% e 14%, 4% e 15%, 4% e 16%, 4% e 17%, 4% e 18%, 4% e 19%, 4% e 20%, 5% e 6%, 5% e 7%, 5% e 8%, 5% e 9%, 5% e 10%, 5% e 11%, 5% e 12%, 5% e 13%, 5% e 14%, 5% e 15%, 5% e 16%, 5% e 17%, 5% e 18%, 5% e 19%, 5% e 20%, 6% e 7%, 6% e 8%, 6% e 9%, 6% e 10%, 6% e 11%, 6% e 12%, 6% e 13%, 6% e 14%, 6% e 15%, 6% e 16%, 6% e 17%, 6% e 18%, 6% e 19%, 6% e 20%, 7% e 8%, 7% e 9%, 7% e 10%, 7% e 11%, 7% e 12%, 7% e 13%, 7% e 14%, 7% e 15%, 7% e 16%, 7% e 17%, 7% e 18%, 7% e 19%, 7% e 20%, 8% e 9%, 8% e 10%, 8% e 11%, 8% e 12%, 8% e 13%, 8% e 14%, 8% e 15%, 8% e 16%, 8% e 17%, 8% e 18%, 8% e 19%, 8% e 20%, 9% e 10%, 9% e 11%, 9% e 12%, 9% e 13%, 9% e 14%, 9% e 15%, 9% e 16%, 9% e 17%, 9% e 18%, 9% e 19%, 9% e 20%, 10% e 11%, 10% e 12%, 10% e 13%, 10% e 14%, 10% e 15%, 10% e 16%, 10% e 17%, 10% e 18%, 10% e 19%, 10% e 20%, 11% e 12%, 11% e 13%, 11% e 14%, 11% e 15%, 11% e 16%, 11% e 17%, 11% e 18%, 11% e 19%, 11% e 20%, 12% e 13%, 12% e 14%, 12% e 15%, 12% e 16%, 12% e 17%, 12% e 18%, 12% e 19%, 12% e 20%, 13% e 14%, 13% e 15%, 13% e 16%, 13% e 17%, 13% e 18%, 13% e 19%, 13% e 20%, 14% e 15%, 14% e 16%, 14% e 17%, 14% e 18%, 14% e 19%, 14% e 20%, 15% e 16%, 15% e 17%, 15% e 18%, 15% e 19%, 15% e 20%, 16% e 17%, 16% e 18%, 16% e 19%, 16% e 20%, 17% e 18%, 17% e 19%, 17% e 20%, 18% e 19%, 18% e 20%, ou 19% e 20%. Um ou mais de tais materiais ligantes podem estar presentes no eletrodo (por exemplo, no eletrodo positivo e/ou no eletrodo negativo) numa concentração individual ou combinada (por exemplo, em peso numa base seca, sem solvente) maior do que ou igual a cerca de 0,5%, 1%, 1,5%, 2%, 2,5%, 3%, 3,5%, 4%, 4,5%, 5%, 5,5%, 6%, 6,5%, 7%, 7,5%, 8%, 8,5%, 9%, 9,5%, 10%, 10,5%, 11%, 11,5%, 12%, 12,5%, 13%, 13,5%, 14%, 14,5%, 15%, 15,5%, 16%, 16,5%, 17%, 17,5%, 18%, 18,5%, 19%, 19,5%, ou 20%. Além disso, ou como alternativa, um ou mais de tais materiais ligantes podem estar presentes no eletrodo (por exemplo, no eletrodo positivo e/ou no eletrodo negativo) numa concentração individual ou combinada menor do que ou igual a cerca de 20%, 19,5%, 19%, 18,5%, 18%, 17,5%, 17%, 16,5%, 16%, 15,5%, 15%, 14,5%, 14%, 13,5%, 13%, 12,5%, 12%, 11,5%, 11%, 10,5%, 10%, 9,5%, 9%, 8,5%, 8%, 7,5%, 7%, 6,5%, 6%, 5,5%, 5%, 4,5%, 4%, 3,5%, 3%, 2,5%, 2%, 1,5%, 1%, ou 0,5%. Um ou mais de tais materiais ligantes podem estar presentes no eletrodo em tais concentrações em combinação com um ou mais outros materiais (por exemplo, um ou mais outros materiais de eletrodo e concentrações dos mesmos descritos no presente documento).
[00115] Um eletrodo (por exemplo, um eletrodo positivo ou negativo de uma LIB) pode ser preparado com o auxílio de um solvente. Uma fórmula pode incluir vários níveis do solvente. Pelo menos uma porção ou todo o solvente pode evaporar do eletrodo. Os exemplos de solventes podem incluir, mas sem limitação, 2-pirrolidona (2-Py), N-vinilpirrolidona (NVP), N-metil- 2-pirrolidona (NMP), metil etil cetona, ou qualquer combinação dos mesmos. Um ou mais de tais compostos solventes podem estar presentes no eletrodo (por exemplo, no eletrodo positivo e/ou no eletrodo negativo) numa concentração individual ou combinada (por exemplo, em peso numa base úmida) entre cerca de 20% e 25%, 20% e 30%, 20% e 35%, 20% e 40%, 20% e 45%, 20% e 50%, 20% e 55%, 20% e 60%, 20% e 65%, 20% e 70%, 20% e 75%, 25% e 30%, 25% e 35%, 25% e 40%, 25% e 45%, 25% e 50%, 25% e 55%, 25% e 60%, 25% e 65%, 25% e 70%, 25% e 75%, 30% e 35%, 30% e 40%, 30% e 45%, 30% e 50%, 30% e 55%, 30% e 60%, 30% e 65%, 30% e 70%, 30% e 75%, 35% e 40%, 35% e 45%, 35% e 50%, 35% e 55%, 35% e 60%, 35% e 65%, 35% e 70%, 35% e 75%, 40% e 45%, 40% e 50%, 40% e 55%, 40% e 60%, 40% e 65%, 40% e 70%, 40% e 75%, 45% e 50%, 45% e 55%, 45% e 60%, 45% e 65%, 45% e 70%, 45% e 75%, 50% e 55%, 50% e 60%, 50% e 65%, 50% e 70%, 50% e 75%, 55% e 60%, 55% e 65%, 55% e 70%, 55% e 75%, 60% e 65%, 60% e 70%, 60% e 75%, 65% e 70%, 65% e 75%, ou 70% e 75%. Um ou mais de tais compostos solventes podem estar presentes no eletrodo (por exemplo, no eletrodo positivo e/ou no eletrodo negativo) numa concentração individual ou combinada (por exemplo, em peso numa base úmida) maior do que ou igual a cerca de 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29%, 30%, 31%, 32%, 33%, 34%, 35%, 36%, 37%, 38%, 39%, 40%, 41%, 42%, 43%, 44%, 45%, 46%, 47%, 48%, 49%, 50%, 51%, 52%, 53%, 54%, 55%, 56%, 57%, 58%, 59%, 60%, 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69%, 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, ou 75%. Além disso, ou como alternativa, um ou mais de tais compostos solventes podem estar presentes no eletrodo (por exemplo, no eletrodo positivo e/ou no eletrodo negativo) numa concentração individual ou combinada (por exemplo, em peso numa base úmida) menor do que ou igual a cerca de 75%, 74%, 73%, 72%, 71%, 70%, 69%, 68%, 67%, 66%, 65%, 64%, 63%, 62%, 61%, 60%, 59%, 58%, 57%, 56%, 55%, 54%, 53%, 52%, 51%, 50%, 49%, 48%, 47%, 46%, 45%, 44%, 43%, 42%, 41%, 40%, 39%, 38%, 37%, 36%, 35%, 34%, 33%, 32%, 31%, 30%, 29%, 28%, 27%, 26%, 25%, 24%, 23%, 22%, 21%, ou 20%. Um ou mais de tais compostos solventes podem estar presentes no eletrodo em tais concentrações em combinação com um ou mais outros materiais (por exemplo, um ou mais outros materiais de eletrodo e concentrações do mesmo descritos no presente documento).
[00116] Um material ativo de um eletrodo (por exemplo, um eletrodo negativo de uma LIB) pode incluir, por exemplo, poliacetileno, grafite (por exemplo, grafite natural ou grafite artificial), fibra de carbono crescida em fase de vapor, carbono maleável (carbono grafitizável), carbono rígido (carbono não grafitizável), nanotubos de carbono, ou qualquer combinação dos mesmos. Um ou mais de tais materiais ativos podem estar presentes no eletrodo numa concentração individual ou combinada (por exemplo, em peso numa base seca, sem solvente) entre cerca de 0,25% e 0,5%, 0,25% e 0,75%, 0,25% e 1%, 0,25% e 2%, 0,25% e 5%, 0,25% e 10%, 0,25% e 20%, 0,25% e 30%, 0,25% e 40%, 0,25% e 50%, 0,5% e 0,75%, 0,5% e 1%, 0,5% e 2%, 0,5% e 5%, 0,5% e 10%, 0,5% e 20%, 0,5% e 30%, 0,5% e 40%, 0,5% e 50%, 0,75% e 1%, 0,75% e 2%, 0,75% e 5%, 0,75% e 10%, 0,75% e 20%, 0,75% e 30%, 0,75% e 40%, 0,75% e 50%, 1% e 2%, 1% e 5%, 1% e 10%, 1% e 20%, 1% e 30%, 1% e 40%, 1% e 50%, 2% e 5%, 2% e 10%, 2% e 20%, 2% e 30%, 2% e 40%, 2% e 50%, 5% e 10%, 5% e 20%, 5% e 30%, 5% e 40%, 5% e 50%, 10% e 20%, 10% e 30%, 10% e 40%, 10% e 50%, 20% e 30%, 20% e 40%, 20% e 50%, 30% e 40%, 30% e 50%, 40% e 50%, 50% e 55%, 50% e 60%, 50% e 65%, 50% e 70%, 50% e 72%, 50% e 74%, 50% e 76%, 50% e 78%, 50% e 80%, 50% e 82%, 50% e 84%, 50% e 86%, 50% e 88%, 50% e 90%, 50% e 91%, 50% e 92%, 50% e 93%, 50% e 94%, 50% e 95%, 50% e 96%, 50% e 97%, 50% e 98%, 50% e 99%, 55% e 60%, 55% e 65%, 55% e 70%, 55% e 72%, 55% e 74%, 55% e 76%, 55% e 78%, 55% e 80%, 55% e 82%, 55% e 84%, 55% e 86%, 55% e 88%, 55% e 90%, 55% e 91%, 55% e 92%, 55% e 93%, 55% e 94%, 55% e 95%, 55% e 96%, 55% e 97%, 55% e 98%, 55% e 99%, 60% e 65%, 60% e 70%, 60% e 72%, 60% e 74%, 60% e 76%, 60% e 78%, 60% e 80%, 60% e 82%, 60% e 84%, 60% e 86%, 60% e 88%, 60% e 90%, 60% e 91%, 60% e 92%, 60% e 93%, 60% e 94%, 60% e 95%, 60% e 96%, 60% e 97%, 60% e 98%, 60% e 99%, 65% e 70%, 65% e 72%, 65% e 74%, 65% e 76%, 65% e 78%, 65% e 80%, 65% e 82%, 65% e 84%, 65% e 86%, 65% e 88%, 65% e 90%, 65% e 91%, 65% e 92%, 65% e 93%, 65% e 94%, 65% e 95%, 65% e 96%, 65% e 97%, 65% e 99%,70% e 72%, 70% e 74%, 70% e 76%, 70% e 84%, 70% e 86%, 70% e 88%, 70% e 93%, 70% e 94%, 70% e 95%, 70% e 99%,72% e 74%, 72% e 76%, 72% 97%, 93% e 98%, 93% e 99%, 94% e 95%, 94% e 96%, 94% e 97%, 94% e 98%, 94% e 99%, 95% e 96%, 95% e 97%, 95% e 98%, 95% e 99%, 96% e 97%, 96% e 98%, 96% e 99%, 97% e 98%, 97% e 99%, ou 98% e 99%. Um ou mais de tais materiais ativos podem estar presentes no eletrodo numa concentração individual ou combinada (por exemplo, em peso numa base seca, sem solvente) maior do que ou igual a cerca de 50%, 51%, 52%, 53%, 54%, 55%, 56%, 57%, 58%, 59%, 60%, 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69%, 70%, 70,5%, 71%, 71,5%, 72%, 72,5%, 73%, 73,5%, 74%, 74,5%, 75%, 75,5%, 76%, 76,5%, 77%, 77,5%, 78%, 78,5%, 79%, 79,5%, 80%, 80,5%, 81%, 81,5%, 82%, 82,5%, 83%, 83,5%, 84%, 84,5%, 85%, 85,5%, 86%, 86,5%, 87%, 87,5%, 88%, 88,5%, 89%, 89,5%, 90%, 90,5%, 91%, 91,5%, 92%, 92,5%, 93%, 93,5%, 94%, 94,5%, 95%, 95,5%, 96%, 96,5%, 97%, 97,5%, 98%, 98,5%, 99%, ou 99,5%. Além disso, ou como alternativa, um ou mais de tais materiais ativos pode estar presente no eletrodo numa concentração individual ou combinada (por exemplo, em peso numa base seca, sem solvente) menor do que ou igual a cerca de 99,5%, 99%, 98,5%, 98%, 97,5%, 97%, 96,5%, 96%, 95,5%, 95%, 94,5%, 94%, 93,5%, 93%, 92,5%, 92%, 91,5%, 91%, 90,5%, 90%, 89,5%, 89%, 88,5%, 88%, 87,5%, 87%, 86,5%, 86%, 85,5%, 85%, 84,5%, 84%, 83,5%, 83%, 82,5%, 82%, 81,5%, 81%, 80,5%, 80%, 79,5%, 79%, 78,5%, 78%, 77,5%, 77%, 76,5%, 76%, 75,5%, 75%, 74,5%, 74%, 73,5%, 73%, 72,5%, 72%, 71,5%, 71%, 70,5%, 70%, 69%, 68%, 67%, 66%, 65%, 64%, 63%, 62%, 61%, 60%, 59%, 58%, 57%, 56%, 55%, 54%, 53%, 52%, 51%, ou 50%. Um ou mais de tais materiais ativos pode ser presente no eletrodo em tais concentrações em combinação com um ou mais outros materiais (por exemplo, um ou mais outros materiais de eletrodo e concentrações dos mesmos descritos no presente documento).
[00117] O material ativo supracitado pode ter uma distribuição de tamanho de partícula de modo que, por exemplo, 10% das partículas sejam menores do que cerca de 11 μm, 10 μm, 9 μm, 8 μm, 7 μm, 6 μm, 5 μm, ou 4 μm. O material ativo pode ter tal distribuição de tamanho de partícula em combinação com, por exemplo, 50% das partículas menores do que cerca de 16 μm, 15 μm, 14 μm, 13 μm, 12 μm, 11 μm, 10 μm, ou 9 μm. O material ativo pode ter tal distribuição de tamanho de partícula em combinação com, por exemplo, 90% das partículas menores do que cerca de 31 μm, 30 μm, 29 μm, 28 μm, 27 μm, 26 μm, 25 μm, 24 μm, 23 μm, 22 μm, 21 μm, 20 μm, 19 μm, 18 μm, 17 μm, 16 μm, 15 μm, ou 14 μm. Numa modalidade, o material ativo pode ter uma distribuição de tamanho de partícula caracterizada por 10% das partículas menores do que cerca de 6,8 μm, 50% das partículas menores do que cerca de 11,6 μm e 90% das partículas menores do que cerca de 19,3 μm. O material ativo pode ter uma dada densidade compactada (por exemplo, uma densidade compactada menor do que ou igual a cerca de 1,5 gramas por centímetro cúbico (g/cm3), 1,4 g/cm3, 1,3 g/cm3, 1,2 g/cm3, 1,1 /cm3 1 /cm3 0 9 /cm3 0 8 /cm3 0 7 /cm3 0 6 /cm3 ou 0 5 /cm3) g c , gc , , g c , , gc , , g c , , gc , ou , gc . Numa modalidade, o material ativo pode ter uma densidade compactada menor do que ou igual a cerca de 0,99 g/cm3. O material ativo pode ter uma dada área de superfície específica (por exemplo, maior do que ou igual a cerca de 1 m2/ 1 5 m2/ 2 m2/ 2 5 m2/ 3 m2/ 3 5 m2/ 4 m2/ 4 5 m2/ 5 e g, , g, g, , g, g, , g, g, , g, m2/g, 5,5 m2/g, 6 m2/g, 6,5 m2/g, ou 7 m2/g). Numa modalidade, o material ativo pode ter uma área de superfície específica de pelo menos cerca de 3,8 m2/g. O material ativo pode ter uma dada primeira capacidade ou primeira capacidade de descarga. O material ativo pode ter uma primeira capacidade ou primeira capacidade de descarga de pelo menos cerca de 1152 C/g (320 mAh/g), 1170 C/g (325 mAh/g), 330 mAh/g, 1188 C/g (335 mAh/g), 1224 C/g (340 mAh/g), 1242 C/g (345 mAh/g), 1260 C/g (350 mAh/g), 1263 C/g (351 mAh/g), 1276 C/g (352 mAh/g), 1270 C/g (353 mAh/g), 1274 C/g (354 mAh/g), 1278 C/g (355 mAh/g), 1281 C/g (356 mAh/g), 1285 C/g (357 mAh/g), 1288 C/g (358 mAh/g), 1292 C/g (359 mAh/g), 1296 C/g (360 mAh/g), 1299 C/g (361 mAh/g), 1303 C/g (362 mAh/g), 1306 C/g (363 mAh/g), 1310 C/g (364 mAh/g), 1314 C/g (365 mAh/g), 1317 C/g (366 mAh/g), 1321 C/g (367 mAh/g), 1324 C/g (368 mAh/g), 1328 C/g (369 mAh/g), 1332 C/g (370 mAh/g), 1335 C/g (371 mAh/g), 1339 C/g (372 mAh/g), 1342 C/g (373 mAh/g), 1346 C/g (374 mAh/g), 1350 C/g (375 mAh/g), 1353 C/g (376 mAh/g), 1357 C/g (377 mAh/g), 1360 (378 mAh/g), 1364 C/g (379 mAh/g), 1368 C/g (380 mAh/g), 1386 C/g (385 mAh/g), 1404 C/g (390 mAh/g), 1422 C/g (395 mAh/g) ou 1440 C/g (400 mAh/g). Numa modalidade, o material ativo pode ter uma primeira capacidade de pelo menos cerca de 1314 C/g (364,9 mAh/g). O material ativo pode ter uma dada eficácia ou primeira eficácia de descarga. O material ativo pode ter uma eficácia ou primeira eficácia de descarga de pelo menos cerca de 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 91,5%, 92%, 92,5%, 93%, 93,5%, 94%, 94,5%, 95%, 95,5%, 96%, 96,5%, 97%, 97,5%, 98%, 98,5%, ou 99%. Numa modalidade, o material ativo pode ter uma eficácia de pelo menos cerca de 94,5%. O material ativo pode ter uma dada molhabilidade (por exemplo, um tempo para umedecer a superfície de pelo menos cerca de 80 segundos (s), 82 s, 84 s, 86 s, 88 s, 90 s, 92 s, 94 s, 96 s, 98 s, 100 s, 105 s, 110 s, ou 115 s). Numa modalidade, o material ativo pode ter uma molhabilidade de pelo menos cerca de 92 s. O material ativo pode ter uma dada condutividade de pó (por exemplo, pelo menos cerca de 250 siemens por centímetro (S/cm), 255 S/cm, 260 S/cm, 265 S/cm, 270 S/cm, 275 S/cm, 280 S/cm, 285 S/cm, 290 S/cm, 295 S/cm, 300 S/cm, 305 S/cm, 310 S/cm, 315 S/cm, 320 S/cm, 325 S/cm, 330 S/cm, 335 S/cm, 340 S/cm, 345 S/cm, 350 S/cm, 355 S/cm, 360 S/cm, 365 S/cm ou 370 S/cm). Numa modalidade, o material ativo pode ter uma condutividade de pó de pelo menos cerca de 340 S/cm. O material ativo pode ter uma dada orientação de cristal. O material ativo pode ter qualquer combinação de um ou mais dentre as distribuições de tamanho de partícula, densidades compactadas, áreas de superfície específica, densidades de pélete, primeiras capacidades, eficácias, ou primeiras eficácias de descarga, molhabilidade, condutividades de pó, e outras propriedades supracitadas (por exemplo, orientações cristalinas).
[00118] Um eletrodo (por exemplo, um eletrodo negativo de uma LIB) pode incluir aditivo condutor (ou aditivos condutores). Um aditivo condutor pode compreender, por exemplo, carbono condutor. Os exemplos de aditivos condutores podem incluir, mas sem limitação, negro de carbono (por exemplo, negro de acetileno, negro de fornalha, ou outros tipos de carbono), fibras de carbono crescidas em vapor, nanotubos de carbono, ou qualquer combinação dos mesmos. Um ou mais de tais aditivos condutores podem estar presentes no eletrodo numa concentração individual ou combinada (por exemplo, em peso numa base seca, sem solvente) entre cerca de 0,1% e 0,5%, 0,1% e 1%, 0,1% e 1,5%, 0,1% e 2%, 0,1% e 2,5%, 0,1% e 3%, 0,1% e 3,5%, 0,1% e 4%, 0,1% e 4,5%, 0,1% e 5%, 0,1% e 5,5%, 0,1% e 6%, 0,1% e 6,5%, 0,1% e 7%, 0,1% e 7,5%, 0,1% e 8%, 0,1% e 8,5%, 0,1% e 9%, 0,1% e 9,5%, 0,1% e 10%, 0,5% e 1%, 0,5% e 1,5%, 0,5% e 2%, 0,5% e 2,5%, 0,5% e 3%, 0,5% e 3,5%, 0,5% e 4%, 0,5% e 4,5%, 0,5% e 5%, 0,5% e 5,5%, 0,5% e 6%, 0,5% e 6,5%, 0,5% e 7%, 0,5% e 7,5%, 0,5% e 8%, 0,5% e 8,5%, 0,5% e 9%, 0,5% e 9,5%, 0,5% e 10%, 1% e 1,5%, 1% e 2%, 1% e 2,5%, 1% e 3%, 1% e 3,5%, 1% e 4%, 1% e 4,5%, 1% e 5%, 1% e 5,5%, 1% e 6%, 1% e 6,5%, 1% e 7%, 1% e 7,5%, 1% e 8%, 1% e 8,5%, 1% e 9%, 1% e 9,5%, 1% e 10%, 1,5% e 2%, 1,5% e 2,5%, 1,5% e 3%, 1,5% e 3,5%, 1,5% e 4%, 1,5% e 4,5%, 1,5% e 5%, 1,5% e 5,5%, 1,5% e 6%, 1,5% e 6,5%, 1,5% e 7%, 1,5% e 7,5%, 1,5% e 8%, 1,5% e 8,5%, 1,5% e 9%, 1,5% e 9,5%, 1,5% e 10%, 2% e 2,5%, 2% e 3%, 2% e 3,5%, 2% e 4%, 2% e 4,5%, 2% e 5%, 2% e 5,5%, 2% e 6%, 2% e 6,5%, 2% e 7%, 2% e 7,5%, 2% e 8%, 2% e 8,5%, 2% e 9%, 2% e 9,5%, 2% e 10%, 2,5% e 3%, 2,5% e 3,5%, 2,5% e 4%, 2,5% e 4,5%, 2,5% e 5%, 2,5% e 5,5%, 2,5% e 6%, 2,5% e 6,5%, 2,5% e 7%, 2,5% e 7,5%, 2,5% e 8%, 2,5% e 8,5%, 2,5% e 9%, 2,5% e 9,5%, 2,5% e 10%, 3% e 3,5%, 3% e 4%, 3% e 4,5%, 3% e 5%, 3% e 5,5%, 3% e 6%, 3% e 6,5%, 3% e 7%, 3% e 7,5%, 3% e 8%, 3% e 8,5%, 3% e 9%, 3% e 9,5%, 3% e 10%, 3,5% e 4%, 3,5% e 4,5%, 3,5% e 5%, 3,5% e 5,5%, 3,5% e 6%, 3,5% e 6,5%, 3,5% e 7%, 3,5% e 7,5%, 3,5% e 8%, 3,5% e 8,5%, 3,5% e 9%, 3,5% e 9,5%, 3,5% e 10%, 4% e 4,5%, 4% e 5%, 4% e 5,5%, 4% e 6%, 4% e 6,5%, 4% e 7%, 4% e 7,5%, 4% e 8%, 4% e 8,5%, 4% e 9%, 4% e 9,5%, 4% e 10%, 4,5% e 5%, 4,5% e 5,5%, 4,5% e 6%, 4,5% e 6,5%, 4,5% e 7%, 4,5% e 7,5%, 4,5% e 8%, 4,5% e 8,5%, 4,5% e 9%, 4,5% e 9,5%, 4,5% e 10%, 5% e 5,5%, 5% e 6%, 5% e 6,5%, 5% e 7%, 5% e 7,5%, 5% e 8%, 5% e 8,5%, 5% e 9%, 5% e 9,5%, 5% e 10%, 5,5% e 6%, 5,5% e 6,5%, 5,5% e 7%, 5,5% e 7,5%, 5,5% e 8%, 5,5% e 8,5%, 5,5% e 9%, 5,5% e 9,5%, 5,5% e 10%, 6% e 6,5%, 6% e 7%, 6% e 7,5%, 6% e 8%, 6% e 8,5%, 6% e 9%, 6% e 9,5%, 6% e 10%, 6,5% e 7%, 6,5% e 7,5%, 6,5% e 8%, 6,5% e 8,5%, 6,5% e 9%, 6,5% e 9,5%, 6,5% e 10%, 7% e 7,5%, 7% e 8%, 7% e 8,5%, 7% e 9%, 7% e 9,5%, 7% e 10%, 7,5% e 8%, 7,5% e 8,5%, 7,5% e 9%, 7,5% e 9,5%, 7,5% e 10%, 8% e 8,5%, 8% e 9%, 8% e 9,5%, 8% e 10%, 8,5% e 9%, 8,5% e 9,5%, 8,5% e 10%, 9% e 9,5%, 9% e 10%, ou 9,5% e 10%. Um ou mais de tais aditivos condutores podem estar presentes no eletrodo numa concentração individual ou combinada (por exemplo, em peso numa base seca, sem solvente) maior do que ou igual a cerca de 0,1%, 0,5%, 1%, 1,5%, 2%, 2,5%, 3%, 3,5%, 4%, 4,5%, 5%, 5,5%, 6%, 6,5%, 7%, 7,5%, 8%, 8,5%, 9%, 9,5%, ou 10%. Além disso, ou como alternativa, um ou mais de tais aditivos condutores podem estar presentes no eletrodo numa concentração individual ou combinada (por exemplo, em peso numa base seca, sem solvente) menor do que ou igual a cerca de 10%, 9,5%, 9%, 8,5%, 8%, 7,5%, 7%, 6,5%, 6%, 5,5%, 5%, 4,5%, 4%, 3,5%, 3%, 2,5%, 2%, 1,5%, 1%, 0,5%, ou 0,1%. Um ou mais de tais aditivos condutores podem estar presentes no eletrodo em tais concentrações em combinação com um ou mais outros materiais (por exemplo, um ou mais outros materiais de eletrodo e concentrações dos mesmos descritos no presente documento).
[00119] O aditivo condutor supracitado pode ter uma dada condutividade. O aditivo condutor pode ter uma condutividade elétrica de pelo menos cerca de 5 S/cm, 6 S/cm, 7 S/cm, 8 S/cm, 9 S/cm, 10 S/cm, 15 S/cm, 20 S/cm, 30 S/cm, 35 S/cm, 40 S/cm, 45 S/cm, 50 S/cm, 55 S/cm, 60 S/cm, ou 65 S/cm. O aditivo condutor pode ser um pó. Em algumas modalidades, o pó pode ser inicialmente comprimido (por exemplo, 50% ou 100% comprimido). O aditivo condutor pode ter uma dada área de superfície. O aditivo condutor pode ter uma área de superfície (por exemplo, área de superfície de nitrogênio de Brunauer, Emmett e Teller (BET), conforme medido, por exemplo, pelo método de teste ASTM D3037-89) de pelo menos cerca de 10 m2/ 15 m2/ 20 m2/ 25 m2/ 30 m2/ 35 m2/ 40 m2/ 45 ce ca e g, g, g, g, g, g, g, m2/ 50 m2/ 55 m2/ 60 m2/ 65 m2/ ou 70 m2/ O aditivo condutor g, g, g, g, g, ou g. a vo co u o pode ter uma dada densidade. O aditivo condutor pode ter uma densidade (por exemplo, na bolsa, conforme medido por um método de teste adequado) de pelo menos cerca de 100 quilogramas por metro cúbico (kg/m3), 110 kg/m3, 120 k /m3 130 k /m3 140 k /m3 150 k /m3 160 k /m3 170 k /m3 180 g, g, g, g, g, g, k / 3 200 k / 3 210 k / 3 220 k / 3 230 k / 3 240 k / 3 250 g m , g m , g m , g m , g m , g m , ou kg/m3.
[00120] O material à base de carbono da presente divulgação pode ser usado num eletrodo como material ativo, como aditivo condutor, e/ou como ligante. Em certas modalidades, o uso do material à base de carbono da presente divulgação num eletrodo pode permitir a utilização melhorada de material ativo (ou materiais ativos) no eletrodo. Por exemplo, numa LIB convencional, uma porção significante do eletrodo pode não ser ativa, visto que uma quantidade grande de aditivo condutor (por exemplo, negro de carbono) pode precisar ser adicionada para permitir que o limiar de percolação seja alcançado. Num exemplo, um limiar de percolação de negro de carbono em eletrodos positivos de baterias de íon-lítio (por exemplo, em LFP) é cerca de 10 a 15% em peso. Uma grande quantidade de aditivo condutor (por exemplo, cerca de 10 a 15% em peso de negro de carbono) pode precisar, portanto, ser adicionada ao eletrodo para alcançar o limiar de percolação, assim diminuindo a quantidade de material ativo que pode ser fornecida. O valor de limiar pode depender do tamanho e razão de aspecto de partículas no material ativo do eletrodo positivo (por exemplo, o óxido de metal pode formar partículas esféricas com um diâmetro entre cerca de 2 mícrons e 10 mícrons). Quando o material à base de carbono da presente divulgação é usado em vez de negro de carbono (ou outros aditivos condutores), o limiar de percolação pode ser significativamente reduzido (por exemplo, por um fator de pelo menos cerca de 2, 3, 4, 5, ou mais). Tais diminuições no limiar de percolação podem ser alcançadas quando o material à base de carbono é usado sozinho ou em combinação com um ou mais outros aditivos condutores (por exemplo, em combinação com alguns dos aditivos condutores que substituem). O material à base de carbono da presente divulgação pode ser usado para substituir inteiramente outros aditivos condutores. Em tal caso, um limiar de percolação pode ou pode não existir. O uso do material à base de carbono da presente divulgação (sozinho ou em combinação com um ou mais outros aditivos condutores) pode permitir pelo menos cerca de 5%, 10%, 15%, 20%, ou 25% (por exemplo, em peso) mais material ativo para ser incorporado no eletrodo quando em comparação com um eletrodo com substancialmente a mesma condutividade (por exemplo, condutividade elétrica) que não compreende o presente material à base de carbono. O desempenho melhorado da rede à base de carbono descrita no presente documento pode resultar de sua composição, morfologia e/ou distribuição. Por exemplo, o material à base de carbono pode ter uma condutividade mais alta por unidade de peso. O material à base de carbono pode ter uma condutividade mais alta por unidade de peso que serve como ligante. Em algumas modalidades, conforme descrito em outra parte no presente documento, o material à base de carbono descrito no presente documento pode formar PCS. O carbono no material à base de carbono da presente divulgação pode formar uma rede porosa. Pelo menos uma porção do material à base de carbono da presente divulgação pode compreender carbono não sp2.
[00121] Um material à base de carbono da presente divulgação (por exemplo, PCS) pode estar presente num eletrodo (por exemplo, um eletrodo positivo de uma LIB) numa concentração (por exemplo, em peso numa base seca, sem solvente) entre cerca de 0,01% e 0,05%, 0,01% e 0,1%, 0,01% e 0,5%, 0,01% e 1%, 0,01% e 2%, 0,01% e 3%, 0,01% e 4%, 0,01% e 5%, 0,01% e 6%, 0,01% e 7%, 0,01% e 8%, 0,01% e 9%, 0,01% e 10%, 0,01% e 11%, 0,01% e 12%, 0,01% e 13%, 0,01% e 14%, 0,01% e 15%, 0,01% e 16%, 0,01% e 17%, 0,01% e 18%, 0,01% e 19%, 0,01% e 20%, 0,01% e 25%, 0,01% e 30%, 0,01% e 35%, 0,01% e 40%, 0,05% e 0,1%, 0,05% e 0,5%, 0,05% e 1%, 0,05% e 2%, 0,05% e 3%, 0,05% e 4%, 0,05% e 5%, 0,05% e 6%, 0,05% e 7%, 0,05% e 8%, 0,05% e 9%, 0,05% e 10%, 0,05% e 11%, 0,05% e 12%, 0,05% e 13%, 0,05% e 14%, 0,05% e 15%, 0,05% e 16%, 0,05% e 17%, 0,05% e 18%, 0,05% e 19%, 0,05% e 20%, 0,05% e 25%, 0,05% e 30%, 0,05% e 35%, 0,05% e 40%, 0,1% e 0,5%, 0,1% e 1%, 0,1% e 2%, 0,1% e 3%, 0,1% e 4%, 0,1% e 5%, 0,1% e 6%, 0,1% e 7%, 0,1% e 8%, 0,1% e 9%, 0,1% e 10%, 0,1% e 11%, 0,1% e 12%, 0,1% e 13%, 0,1% e 14%, 0,1% e 15%, 0,1% e 16%, 0,1% e 17%, 0,1% e 18%, 0,1% e 19%, 0,1% e 20%, 0,1% e 25%, 0,1% e 30%, 0,1% e 35%, 0,1% e 40%, 0,5% e 1%, 0,5% e 2%, 0,5% e 3%, 0,5% e 4%, 0,5% e 5%, 0,5% e 6%, 0,5% e 7%, 0,5% e 8%, 0,5% e 9%, 0,5% e 10%, 0,5% e 11%, 0,5% e 12%, 0,5% e 13%, 0,5% e 14%, 0,5% e 15%, 0,5% e 16%, 0,5% e 17%, 0,5% e 18%, 0,5% e 19%, 0,5% e 20%, 0,5% e 25%, 0,5% e 30%, 0,5% e 35%, 0,5% e 40%, 1% e 2%, 1% e 3%, 1% e 4%, 1% e 5%, 1% e 6%, 1% e 7%, 1% e 8%, 1% e 9%, 1% e 10%, 1% e 11%, 1% e 12%, 1% e 13%, 1% e 14%, 1% e 15%, 1% e 16%, 1% e 17%, 1% e 18%, 1% e 19%, 1% e 20%, 1% e 25%, 1% e 30%, 1% e 35%, 1% e 40%, 2% e 3%, 2% e 4%, 2% e 5%, 2% e 6%, 2% e 7%, 2% e 8%, 2% e 9%, 2% e 10%, 2% e 11%, 2% e 12%, 2% e 13%, 2% e 14%, 2% e 15%, 2% e 16%, 2% e 17%, 2% e 18%, 2% e 19%, 2% e 20%, 2% e 25%, 2% e 30%, 2% e 35%, 2% e 40%, 3% e 4%, 3% e 5%, 3% e 6%, 3% e 7%, 3% e 8%, 3% e 9%, 3% e 10%, 3% e 11%, 3% e 12%, 3% e 13%, 3% e 14%, 3% e 15%, 3% e 16%, 3% e 17%, 3% e 18%, 3% e 19%, 3% e 20%, 3% e 25%, 3% e 30%, 3% e 35%, 3% e 40%, 4% e 5%, 4% e 6%, 4% e 7%, 4% e 8%, 4% e 9%, 4% e 10%, 4% e 11%, 4% e 12%, 4% e 13%, 4% e 14%, 4% e 15%, 4% e 16%, 4% e 17%, 4% e 18%, 4% e 19%, 4% e 20%, 4% e 25%, 4% e 30%, 4% e 35%, 4% e 40%, 5% e 6%, 5% e 7%, 5% e 8%, 5% e 9%, 5% e 10%, 5% e 11%, 5% e 12%, 5% e 13%, 5% e 14%, 5% e 15%, 5% e 16%, 5% e 17%, 5% e 18%, 5% e 19%, 5% e 20%, 5% e 25%, 5% e 30%, 5% e 35%, 5% e 40%, 6% e 7%, 6% e 8%, 6% e 9%, 6% e 10%, 6% e 11%, 6% e 12%, 6% e 13%, 6% e 14%, 6% e 15%, 6% e 16%, 6% e 17%, 6% e 18%, 6% e 19%, 6% e 20%, 6% e 25%, 6% e 30%, 6% e 35%, 6% e 40%, 7% e 8%, 7% e 9%, 7% e 10%, 7% e 11%, 7% e 12%, 7% e 13%, 7% e 14%, 7% e 15%, 7% e 16%, 7% e 17%, 7% e 18%, 7% e 19%, 7% e 20%, 7% e 25%, 7% e 30%, 7% e 35%, 7% e 40%, 8% e 9%, 8% e 10%, 8% e 11%, 8% e 12%, 8% e 13%, 8% e 14%, 8% e 15%, 8% e 16%, 8% e 17%, 8% e 18%, 8% e 19%, 8% e 20%, 8% e 25%, 8% e 30%, 8% e 35%, 8% e 40%, 9% e 10%, 9% e 11%, 9% e 12%, 9% e 13%, 9% e 14%, 9% e 15%, 9% e 16%, 9% e 17%, 9% e 18%, 9% e 19%, 9% e 20%, 9% e 25%, 9% e 30%, 9% e 35%, 9% e 40%, 10% e 11%, 10% e 12%, 10% e 13%, 10% e 14%, 10% e 15%, 10% e 16%, 10% e 17%, 10% e 18%, 10% e 19%, 10% e 20%, 10% e 25%, 10% e 30%, 10% e 35%, 10% e 40%, 11% e 12%, 11% e 13%, 11% e 14%, 11% e 15%, 11% e 16%, 11% e 17%, 11% e 18%, 11% e 19%, 11% e 20%, 11% e 25%, 11% e 30%, 11% e 35%, 11% e 40%, 12% e 13%, 12% e 14%, 12% e 15%, 12% e 16%, 12% e 17%, 12% e 18%, 12% e 19%, 12% e 20%, 12% e 25%, 12% e 30%, 12% e 35%, 12% e 40%, 13% e 14%, 13% e 15%, 13% e 16%, 13% e 17%, 13% e 18%, 13% e 19%, 13% e 20%, 13% e 25%, 13% e 30%, 13% e 35%, 13% e 40%, 14% e 15%, 14% e 16%, 14% e 17%, 14% e 18%, 14% e 19%, 14% e 20%, 14% e 25%, 14% e 30%, 14% e 35%, 14% e 40%, 15% e 16%, 15% e 17%, 15% e 18%, 15% e 19%, 15% e 20%, 15% e 25%, 15% e 30%, 15% e 35%, 15% e 40%, 16% e 17%, 16% e 18%, 16% e 19%, 16% e 20%, 16% e 25%, 16% e 30%, 16% e 35%, 16% e 40%, 17% e 18%, 17% e 19%, 17% e 20%, 17% e 25%, 17% e 30%, 17% e 35%, 17% e 40%, 18% e 19%, 18% e 20%, 18% e 25%, 18% e 30%, 18% e 35%, 18% e 40%, 19% e 20%, 19% e 25%, 19% e 30%, 19% e 35%, 19% e 40%, 20% e 25%, 20% e 30%, 20% e 35%, 20% e 40%, 25% e 30%, 25% e 35%, 25% e 40%, 30% e 35%, 30% e 40%, ou 35% e 40%. O material à base de carbono pode estar presente no eletrodo numa concentração (por exemplo, em peso numa base seca, sem solvente) maior do que ou igual a cerca de 0,01%, 0,05%, 0,1%, 0,5%, 1%, 1,5%, 2%, 2,5%, 3%, 3,5%, 4%, 4,5%, 5%, 5,5%, 6%, 6,5%, 7%, 7,5%, 8%, 8,5%, 9%, 9,5%, 10%, 10,5%, 11%, 11,5%, 12%, 12,5%, 13%, 13,5%, 14%, 14,5%, 15%, 15,5%, 16%, 16,5%, 17%, 17,5%, 18%, 18,5%, 19%, 19,5%, 20%, 21%, 22%, 23%, 24%, 25%, 26%, 27%, 28%, 29%, 30%, 31%, 32%, 33%, 34%, 35%, 36%, 37%, 38%, 39%, ou 40%. Além disso, ou como alternativa, o material à base de carbono pode estar presente no eletrodo numa concentração (por exemplo, em peso numa base seca, sem solvente) menor do que ou igual a cerca de 40%, 39%, 38%, 37%, 36%, 35%, 34%, 33%, 32%, 31%, 30%, 29%, 28%, 27%, 26%, 25%, 24%, 23%, 22%, 21%, 20%, 19,5%, 19%, 18,5%, 18%, 17,5%, 17%, 16,5%, 16%, 15,5%, 15%, 14,5%, 14%, 13,5%, 13%, 12,5%, 12%, 11,5%, 11%, 10,5%, 10%, 9,5%, 9%, 8,5%, 8%, 7,5%, 7%, 6,5%, 6%, 5,5%, 5%, 4,5%, 4%, 3,5%, 3%, 2,5%, 2%, 1,5%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05%, ou 0,01%. O material à base de carbono pode estar presente no eletrodo em tais concentrações em combinação com um ou mais outros materiais (por exemplo, um ou mais outros materiais de eletrodo e concentrações dos mesmos descritos no presente documento).
[00122] Em certas modalidades, o material à base de carbono da presente divulgação (por exemplo, PCS) pode estar presente num eletrodo (por exemplo, um eletrodo de um supercapacitor) numa concentração (por exemplo, em peso) maior do que ou igual a cerca de 0,01%, 0,05%, 0,1%, 0,5%, 1%, 1,5%, 2%, 2,5%, 3%, 3,5%, 4%, 4,5%, 5%, 5,5%, 6%, 6,5%, 7%, 7,5%, 8%, 8,5%, 9%, 9,5%, 10%, 10,5%, 11%, 11,5%, 12%, 12,5%, 13%, 13,5%, 14%, 14,5%, 15%, 15,5%, 16%, 16,5%, 17%, 17,5%, 18%, 18,5%, 19%, 19,5%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, ou 95%.
MÉTODOS PARA FORMAR DISPOSITIVOS DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA
[00123] Um dispositivo de armazenamento de energia da presente divulgação pode compreender eletrodos, separador (ou separadores), eletrólito e embalagem. Tais componentes podem ser fabricados e montados de maneiras diferentes. Em certas modalidades, os componentes individuais podem ser fabricados e posteriormente montados. Em algumas modalidades, os componentes podem ser montados através de enrolamento ou rolamento (por exemplo, consultar FIG. 9 e FIG. 20). Por exemplo, um método para produzir uma célula de bateria pode compreender o fornecimento de uma primeira folha de um separador, colocar uma folha de eletrodo positivo (por exemplo, que compreende um material à base de carbono da presente divulgação) na primeira folha de separador, colocar uma segunda folha do separador na folha de eletrodo positivo, colocar uma folha de eletrodo negativo (por exemplo, que compreende grafite) na segunda folha do separador, e rolar as folhas para formar a célula de bateria (uma célula rolada). Em algumas modalidades, os componentes podem ser montados através do empilhamento (por exemplo, consultar FIG. 18 e FIG. 19).
[00124] A FIG. 2 ilustra esquematicamente um exemplo de um processo para obter uma fórmula e processamento de uma bateria que compreende um material à base de carbono da presente divulgação. A fórmula pode incluir pelo menos uma porção de uma mistura de eletrodo (por exemplo, uma mistura de cátodo). Em certas modalidades, uma fórmula pode incluir todos os componentes de uma mistura de eletrodo (por exemplo, a mistura de cátodo total). Em certas modalidades, a fórmula pode ser ou pode formar uma pasta fluida. O processo pode incluir o fornecimento de um ligante 201 e um solvente 202. O ligante 201 e o solvente 202 podem ser combinados num reator 203. O reator 203 pode ser aquecido a uma dada temperatura (por exemplo, pelo menos cerca de 90 °C). O processo pode incluir o fornecimento de um composto de metal com lítio (por exemplo, óxido de metal com lítio ou fosfato) 204 e o material à base de carbono (por exemplo, PCS) 205. Um misturador 206 pode receber pelo menos uma porção do material do reator 203 (por exemplo, ligante aquecido e solvente aquecido), o composto de metal com lítio (por exemplo, óxido de metal com lítio ou fosfato) 204 e o material à base de carbono (por exemplo, PCS) 205. O misturador 206 pode emitir uma pasta fluida 207 (por exemplo, que compreende uma mistura dos componentes no misturador). A pasta fluida 207 pode ser processada através de revestimento de rolo e secagem 208, seguida por uma prensa com rolo 210. Então, o processo pode compreender o corte 211 e a aplicação de abas de metal 212. O processo pode compreender adicionalmente o enrolamento 213, seguido por estiramento 214. O processo pode incluir adicionalmente a adição de eletrólito 215. Finalmente, o processo pode incluir crimpagem de célula 216.
[00125] Alternativamente, em algumas modalidades, pelo menos uma porção do ligante 201, solvente 202, composto de metal com lítio 204, material à base de carbono 205, e/ou quaisquer outros componentes de eletrodo podem ser combinados de outro modo. Por exemplo, estes componentes ou um subconjunto dos mesmos podem ser todos fornecidos diretamente ao misturador 206 (por exemplo, o qual pode ser aquecido).
[00126] A FIG. 25 representa de modo ilustrativo um aparelho exemplificativo para revestimento por laminação, em que uma matriz de fenda 2501 deposita uma pasta fluida 2502 num filme 2503, à medida que o filme 2503 passa sobre um rolamento 2504.
[00127] As FIGs. 3 a 7 mostram exemplos de processamento de eletrodo de bateria (ou eletrodos de bateria). Tal processamento pode incluir uma ou mais etapas de processo (ou processamento) (por exemplo, etapa 208 na FIG.2). O processo (ou processamento) pode incluir o revestimento de um substrato com uma pasta fluida (por exemplo, uma pasta fluida que compreende o material à base de carbono, por exemplo, PCS) com o uso de processamento de rolo-a-rolo de grande escala, conforme mostrado na FIG. 3. O substrato (por exemplo, se condutor) pode servir como um coletor de corrente de eletrodo. Em algumas modalidades, o processo (processamento) pode incluir o uso de uma folha metálica de alumínio como um substrato. A folha metálica de alumínio pode formar um coletor de corrente.
[00128] Em algumas modalidades, o material ativo está presente na pasta fluida numa concentração de cerca de 20% a cerca de 75%. Em algumas modalidades, o material ativo está presente na pasta fluida numa concentração de pelo menos cerca de 20%. Em algumas modalidades, o material ativo está presente na pasta fluida numa concentração de no máximo cerca de 75%. Em algumas modalidades, o material ativo está presente na pasta fluida numa concentração de cerca de 20% a cerca de 25%, cerca de 20% a cerca de 30%, cerca de 20% a cerca de 35%, cerca de 20% a cerca de 40%, cerca de 20% a cerca de 45%, cerca de 20% a cerca de 50%, cerca de 20% a cerca de 55%, cerca de 20% a cerca de 60%, cerca de 20% a cerca de 65%, cerca de 20% a cerca de 70%, cerca de 20% a cerca de 75%, cerca de 25% a cerca de 30%, cerca de 25% a cerca de 35%, cerca de 25% a cerca de 40%, cerca de 25% a cerca de 45%, cerca de 25% a cerca de 50%, cerca de 25% a cerca de 55%, cerca de 25% a cerca de 60%, cerca de 25% a cerca de 65%, cerca de 25% a cerca de 70%, cerca de 25% a cerca de 75%, cerca de 30% a cerca de 35%, cerca de 30% a cerca de 40%, cerca de 30% a cerca de 45%, cerca de 30% a cerca de 50%, cerca de 30% a cerca de 55%, cerca de 30% a cerca de 60%, cerca de 30% a cerca de 65%, cerca de 30% a cerca de 70%, cerca de 30% a cerca de 75%, cerca de 35% a cerca de 40%, cerca de 35% a cerca de 45%, cerca de 35% a cerca de 50%, cerca de 35% a cerca de 55%, cerca de 35% a cerca de 60%, cerca de 35% a cerca de 65%, cerca de 35% a cerca de 70%, cerca de 35% a cerca de 75%, cerca de 40% a cerca de 45%, cerca de 40% a cerca de 50%, cerca de 40% a cerca de 55%, cerca de 40% a cerca de 60%, cerca de 40% a cerca de 65%, cerca de 40% a cerca de 70%, cerca de 40% a cerca de 75%, cerca de 45% a cerca de 50%, cerca de 45% a cerca de 55%, cerca de 45% a cerca de 60%, cerca de 45% a cerca de 65%, cerca de 45% a cerca de 70%, cerca de 45% a cerca de 75%, cerca de 50% a cerca de 55%, cerca de 50% a cerca de 60%, cerca de 50% a cerca de 65%, cerca de 50% a cerca de 70%, cerca de 50% a cerca de 75%, cerca de 55% a cerca de 60%, cerca de 55% a cerca de 65%, cerca de 55% a cerca de 70%, cerca de 55% a cerca de 75%, cerca de 60% a cerca de 65%, cerca de 60% a cerca de 70%, cerca de 60% a cerca de 75%, cerca de 65% a cerca de 70%, cerca de 65% a cerca de 75%, ou cerca de 70% a cerca de 75%. Em algumas modalidades, o material ativo está presente na pasta fluida numa concentração de cerca de 20%, cerca de 25%, cerca de 30%, cerca de 35%, cerca de 40%, cerca de 45%, cerca de 50%, cerca de 55%, cerca de 60%, cerca de 65%, cerca de 70%, ou cerca de 75%.
[00129] Em algumas modalidades, o ligante está presente na pasta fluida numa concentração de cerca de 0,2% a cerca de 10%. Em algumas modalidades, o ligante está presente na pasta fluida numa concentração de pelo menos cerca de 0,2%. Em algumas modalidades, o ligante está presente na pasta fluida numa concentração de no máximo cerca de 10%. Em algumas modalidades, o ligante está presente na pasta fluida numa concentração de cerca de 0,2% a cerca de 0,5%, cerca de 0,2% a cerca de 0,75%, cerca de 0,2% a cerca de 1%, cerca de 0,2% a cerca de 2%, cerca de 0,2% a cerca de 3%, cerca de 0,2% a cerca de 4%, cerca de 0,2% a cerca de 5%, cerca de 0,2% a cerca de 6%, cerca de 0,2% a cerca de 7%, cerca de 0,2% a cerca de 8%, cerca de 0,2% a cerca de 10%, cerca de 0,5% a cerca de 0,75%, cerca de 0,5% a cerca de 1%, cerca de 0,5% a cerca de 2%, cerca de 0,5% a cerca de 3%, cerca de 0,5% a cerca de 4%, cerca de 0,5% a cerca de 5%, cerca de 0,5% a cerca de 6%, cerca de 0,5% a cerca de 7%, cerca de 0,5% a cerca de 8%, cerca de 0,5% a cerca de 10%, cerca de 0,75% a cerca de 1%, cerca de 0,75% a cerca de 2%, cerca de 0,75% a cerca de 3%, cerca de 0,75% a cerca de 4%, cerca de 0,75% a cerca de 5%, cerca de 0,75% a cerca de 6%, cerca de 0,75% a cerca de 7%, cerca de 0,75% a cerca de 8%, cerca de 0,75% a cerca de 10%, cerca de 1% a cerca de 2%, cerca de 1% a cerca de 3%, cerca de 1% a cerca de 4%, cerca de 1% a cerca de 5%, cerca de 1% a cerca de 6%, cerca de 1% a cerca de 7%, cerca de 1% a cerca de 8%, cerca de 1% a cerca de 10%, cerca de 2% a cerca de 3%, cerca de 2% a cerca de 4%, cerca de 2% a cerca de 5%, cerca de 2% a cerca de 6%, cerca de 2% a cerca de 7%, cerca de 2% a cerca de 8%, cerca de 2% a cerca de 10%, cerca de 3% a cerca de 4%, cerca de 3% a cerca de 5%, cerca de 3% a cerca de 6%, cerca de 3% a cerca de 7%, cerca de 3% a cerca de 8%, cerca de 3% a cerca de 10%, cerca de 4% a cerca de 5%, cerca de 4% a cerca de 6%, cerca de 4% a cerca de 7%, cerca de 4% a cerca de 8%, cerca de 4% a cerca de 10%, cerca de 5% a cerca de 6%, cerca de 5% a cerca de 7%, cerca de 5% a cerca de 8%, cerca de 5% a cerca de 10%, cerca de 6% a cerca de 7%, cerca de 6% a cerca de 8%, cerca de 6% a cerca de 10%, cerca de 7% a cerca de 8%, cerca de 7% a cerca de 10%, ou cerca de 8% a cerca de 10%. Em algumas modalidades, o ligante está presente na pasta fluida numa concentração de cerca de 0,2%, cerca de 0,5%, cerca de 0,75%, cerca de 1%, cerca de 2%, cerca de 3%, cerca de 4%, cerca de 5%, cerca de 6%, cerca de 7%, cerca de 8%, ou cerca de 10%.
[00130] Em algumas modalidades, o solvente está presente na pasta fluida numa concentração de cerca de 5% a cerca de 80%. Em algumas modalidades, o solvente está presente na pasta fluida numa concentração de pelo menos cerca de 5%. Em algumas modalidades, o solvente está presente na pasta fluida numa concentração de no máximo cerca de 80%. Em algumas modalidades, o solvente está presente na pasta fluida numa concentração de cerca de 5% a cerca de 10%, cerca de 5% a cerca de 15%, cerca de 5% a cerca de 20%, cerca de 5% a cerca de 25%, cerca de 5% a cerca de 30%, cerca de 5% a cerca de 35%, cerca de 5% a cerca de 40%, cerca de 5% a cerca de 50%, cerca de 5% a cerca de 60%, cerca de 5% a cerca de 70%, cerca de 5% a cerca de 80%, cerca de 10% a cerca de 15%, cerca de 10% a cerca de 20%, cerca de 10% a cerca de 25%, cerca de 10% a cerca de 30%, cerca de 10% a cerca de 35%, cerca de 10% a cerca de 40%, cerca de 10% a cerca de 50%, cerca de 10% a cerca de 60%, cerca de 10% a cerca de 70%, cerca de 10% a cerca de 80%, cerca de 15% a cerca de 20%, cerca de 15% a cerca de 25%, cerca de 15% a cerca de 30%, cerca de 15% a cerca de 35%, cerca de 15% a cerca de 40%, cerca de 15% a cerca de 50%, cerca de 15% a cerca de 60%, cerca de 15% a cerca de 70%, cerca de 15% a cerca de 80%, cerca de 20% a cerca de 25%, cerca de 20% a cerca de 30%, cerca de 20% a cerca de 35%, cerca de 20% a cerca de 40%, cerca de 20% a cerca de 50%, cerca de 20% a cerca de 60%, cerca de 20% a cerca de 70%, cerca de 20% a cerca de 80%, cerca de 25% a cerca de 30%, cerca de 25% a cerca de 35%, cerca de 25% a cerca de 40%, cerca de 25% a cerca de 50%, cerca de 25% a cerca de 60%, cerca de 25% a cerca de 70%, cerca de 25% a cerca de 80%, cerca de 30% a cerca de 35%, cerca de 30% a cerca de 40%, cerca de 30% a cerca de 50%, cerca de 30% a cerca de 60%, cerca de 30% a cerca de 70%, cerca de 30% a cerca de 80%, cerca de 35% a cerca de 40%, cerca de 35% a cerca de 50%, cerca de 35% a cerca de 60%, cerca de 35% a cerca de 70%, cerca de 35% a cerca de 80%, cerca de 40% a cerca de 50%, cerca de 40% a cerca de 60%, cerca de 40% a cerca de 70%, cerca de 40% a cerca de 80%, cerca de 50% a cerca de 60%, cerca de 50% a cerca de 70%, cerca de 50% a cerca de 80%, cerca de 60% a cerca de 70%, cerca de 60% a cerca de 80%, ou cerca de 70% a cerca de 80%. Em algumas modalidades, o solvente está presente na pasta fluida numa concentração de cerca de 5%, cerca de 10%, cerca de 15%, cerca de 20%, cerca de 25%, cerca de 30%, cerca de 35%, cerca de 40%, cerca de 50%, cerca de 60%, cerca de 70%, ou cerca de 80%.
[00131] O processo (processamento) pode começar com desenrolamento de uma folha metálica de alumínio para revestimento de uma pasta fluida (por exemplo, de uma fórmula) conforme mostrado na FIG. 4. A FIG. 5 mostra um exemplo de uma vista em primeiro plano de uma pasta fluida como é revestida numa folha metálica de alumínio (pasta fluida é negra em cor). A pasta fluida revestida pode formar um filme. O processo (ou processamento) pode incluir a secagem do filme revestido. A FIG.6 mostra um exemplo de um filme revestido (por exemplo, um filme que compreende um material à base de carbono, por exemplo, PCS) de um eletrodo após secagem a 120 °C com o uso de um forno de aquecimento em linha. O processo (ou processamento) pode incluir o re-enrolamento da folha metálica de alumínio após ter sido revestido. A FIG.7 mostra um exemplo de re- enrolamento de uma folha metálica de alumínio após ter sido revestida com o material à base de carbono (por exemplo, PCS).
[00132] Um processo de fabricação de uma bateria (por exemplo, uma célula à base de LFP) pode ser conforme ilustrado na FIG. 10. Um eletrodo positivo (cátodo durante descarga) pode ser preparado a partir de material de cátodo 1001 que compreende PCS/LFP. A mistura 1002 do material de cátodo 1001 pode ser seguida por revestimento e secagem 1004 numa folha metálica de alumínio 1003. A folha metálica revestida pode ser processada por corte 1005 e numa prensa com rolo 1006. Um eletrodo negativo (ânodo durante descarga) pode ser preparado a partir do material de ânodo 1011 que compreende grafite. A mistura 1012 do material de ânodo 1011 pode ser seguida por revestimento e secagem 1014 numa folha metálica de cobre 1013. A folha metálica revestida pode ser processada por corte 1015 e numa prensa com rolo 1016.
[00133] Um separador 1021 pode ser, então, integrado a (por exemplo, disposto entre) os eletrodos positivos e negativos. A seguir, o processo pode incluir o enrolamento 1022 do eletrodo positivo, eletrodo negativo, e separador. O rolo de enrolamento pode ser colocado numa lata 1024, seguido por enrolamento e estiramento 1023. A seguir, a secagem a vácuo 1032 pode ser realizada, seguida por carregamento 1033 com um eletrólito 1034. Uma lata de topo 1035 pode ser usada para vedação 1036. As etapas 1032, 1033, e 1036 podem ser realizadas numa sala seca 1031. Em algumas modalidades, o eletrólito 1034 e a tampa de topo 1035 podem ser preparados ou armazenados no ambiente de sala seca. Finalmente, a bateria pode ser enviada para identificação e teste 1041.
[00134] Um processo de fabricação de uma bateria (por exemplo, uma célula à base de NCA) pode ser conforme ilustrado na FIG. 14. Um eletrodo positivo (cátodo durante descarga) pode ser preparado a partir do material de cátodo 1401 que compreende PCS/NCA. A mistura 1402 do material de eletrodo positivo pode ser seguida por revestimento e secagem 1404 numa folha metálica de alumínio 1403. A folha metálica revestida pode ser processada por corte 1405 e numa prensa com rolo 1406. Um eletrodo negativo (ânodo durante descarga) pode ser preparado a partir do material de ânodo 1411 que compreende grafite. A mistura 1412 do material de ânodo 1411 pode ser seguida por revestimento e secagem 1414 numa folha metálica de cobre 1413. A folha metálica revestida pode ser processada por corte 1415 e numa prensa com rolo 1416.
[00135] Um separador 1421 pode ser, então, integrado a (por exemplo, disposto entre) os eletrodos positivos e negativos. A seguir, o processo pode incluir o enrolamento 1422 do eletrodo positivo, eletrodo negativo, e separador. O rolo de enrolamento pode ser colocado numa lata 1424, seguido por enrolamento e estiramento 1423. A seguir, a secagem a vácuo 1432 pode ser realizada, seguida por carregamento 1433 com um eletrólito 1434. Uma lata de topo 1435 pode ser usada para vedação 1436. As etapas 1432, 1433, e 1436 podem ser realizadas numa sala seca 1431. Em algumas modalidades, o eletrólito 1434 e a tampa de topo 1435 podem ser preparados ou armazenados no ambiente de sala seca. Finalmente, a bateria pode ser enviada para identificação e teste 1441.
[00136] Em algumas modalidades, um processo de montagem de uma bateria (por exemplo, uma célula à base de NMC) pode ser conforme ilustrado nas FIGs. 18 a 20. O processo pode incluir empilhamento (FIGs. 18 a 19), e/ou enrolamento ou rolamento (FIG. 20). Por exemplo, a bateria pode ser montada através de empilhamento ou enrolamento.
[00137] A FIG. 18 é uma vista aérea de empilhamento de uma célula (por exemplo, uma célula à base de NMC). A montagem pode ser realizada num gabarito 1807. A montagem pode ser realizada num substrato 1800 (por exemplo, um substrato de madeira). Uma haste de metal 1801 pode confinar a montagem de um eletrodo positivo 1802 com um coletor de corrente de folha metálica de alumínio 1803, um separador 1804, e eletrodo negativo 1805 com um coletor de corrente de folha metálica de cobre 1806. O eletrodo positivo 1802 e o coletor de corrente de folha metálica de alumínio 1803 podem ser formados (pelo menos em parte) conforme descrito em outra parte no presente documento (por exemplo, em relação às FIGs.2 a 7, FIG. 10 e FIG. 14). O eletrodo negativo 1805 e o coletor de corrente de folha metálica de cobre 1806 podem ser formados (pelo menos em parte) conforme descrito em outra parte no presente documento (por exemplo, em relação às FIGs. 2 a 7, FIG. 10 e FIG. 14).
[00138] A FIG. 19 é uma vista em seção transversal do empilhamento de uma célula (por exemplo, uma célula à base de NMC). A montagem pode ser realizada num gabarito 1907. O conjunto pode ser realizado num substrato 1900 (por exemplo, um substrato de madeira). Um separador 1901 pode ser deixado primeiro, assim criando uma primeira camada do separador. O separador pode ser desenrolado conforme mostrado na FIG. 19 e mantido no local pelo gabarito. Um eletrodo positivo (por exemplo, eletrodo positivo que compreende ou é acoplado a uma folha metálica de alumínio que serve como um coletor de corrente positivo) 1902 pode ser colocado no topo da primeira camada do separador 1901 (esquerda). A seguir, o separador pode ser dobrado sobre o eletrodo positivo 1902 para criar uma segunda camada do separador, e um eletrodo negativo (por exemplo, eletrodo negativo que compreende ou é acoplado a uma folha metálica de cobre que serve como um coletor de corrente negativo) 1912 pode ser colocado no topo da segunda camada do separador 1911 (direita). Os eletrodos negativos e positivos (por exemplo, incluindo coletores de corrente) podem ser formados (pelo menos em parte) conforme descrito em outra parte no presente documento (por exemplo, em relação às FIGs. 2 a 7, FIG. 10, e FIG.14).
[00139] A FIG. 20 é um exemplo do enrolamento de uma célula (por exemplo, uma célula à base de NMC). As folhas em camadas incluindo uma primeira folha de um separador 2001, um eletrodo positivo 2002, uma segunda folha do separador 2003, e um eletrodo negativo 2004 podem ser giradas ao longo de um eixo geométrico 2000 para formar a célula. Os eletrodos negativos e positivos (por exemplo, incluindo coletores de corrente) podem ser formados (pelo menos em parte) conforme descrito em outra parte no presente documento (por exemplo, em relação às FIGs. 2 a 7, FIG. 10 e FIG. 14).
[00140] Uma ou mais etapas do processo de fabricação na FIG. 2 e/ou uma ou mais das etapas de processamento nas FIGs. 3 a 7 podem ser usadas para produzir produtos finalizados (baterias), como conforme mostrado na FIG. 11, na FIG. 15, e na FIG. 21.
DESEMPENHO DE DISPOSITIVOS DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA
[00141] Os dispositivos de armazenamento de energia disponíveis no mercado podem fornecer cerca de 3600 C (1000 mAh) de capacidade de armazenamento de carga, densidade de potência de 500 a 1500 watts por quilograma (W/kg), e estabilidade de circulação de 500 ciclos. Entretanto, as melhoras adicionais dessas figuras são necessárias para a ampla adoção dessa tecnologia, especialmente para aplicações em grande escala, como veículos elétricos e armazenamento de energia em rede (por exemplo, para reduzir o preço de veículos elétricos e contribuir para um ambiente ecologicamente correto).
[00142] Em contraste, os dispositivos de armazenamento de energia (por exemplo, baterias) fornecidos no presente documento podem fornecer, em algumas modalidades, uma capacidade (por exemplo, capacidade de armazenamento de carga) de mais do que 7920 ou 1224 C (2200 ou 3400 mAh) e uma densidade de potência de cerca de 3000 W/kg e serem usados por mais do que 1000 ciclos. Tais recursos podem ser habilitados, por exemplo, superando-se propriedades elétricas e mecânicas dos materiais à base de carbono descritos no presente documento, área de superfície extraordinariamente alta dos materiais à base de carbono descritos no presente documento, ou uma combinação dos mesmos. Os materiais à base de carbono descritos no presente documento podem tornar os dispositivos de armazenamento de energia (por exemplo, baterias) mais leves, mais poderosos, mais eficazes, ou qualquer combinação dos mesmos.
[00143] A FIG. 12 mostra o desempenho exemplificativo de uma bateria à base de LFP. A FIG. 22 mostra o desempenho exemplificativo de uma bateria à base de NMC.
[00144] Pela FIG. 26, um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, célula de bateria ou bateria) da presente divulgação pode ter uma capacidade de armazenamento de carga de pelo menos cerca de 1,5, 2, 2,1, 2,2, 2,3, 2,4, 2,5, 2,6, 2,7, 2,8, 2,9, ou 3 vezes maior do que uma LIB disponível no mercado (por exemplo, uma LIB com uma capacidade de armazenamento de carga de 3600 ou 12240 C (1000 ou 3400 mAh)). As LIBs exemplificativas atualmente disponíveis no mercado, segundo a FIG. 26, compreendem as LIBs NCR-18650A, NCR-18650B, e NCR-18650PF produzidas por Panasonic, assim como a LIB INR-18650-25R produzida por Samsung. Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma densidade de potência pelo menos cerca de 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 5,5, 6, 6,5, 7, 7,5, ou 8 vezes maior do que uma LIB disponível no mercado (por exemplo, uma LIB com uma densidade de potência de 500 a 1500 W/kg). Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter estabilidade de circulação ou vida de ciclo pelo menos cerca de 1,5, 2, ou 2,5 vezes maior do que uma LIB disponível no mercado (por exemplo, uma LIB com uma estabilidade de circulação ou ciclo de vida de 500 ou 1000 ciclos). Por exemplo, um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode executar dispositivo eletrônico (ou dispositivos eletrônicos) pelo dobre de duração e pode ser usado por mais do que 1000 ciclos em comparação com apenas 500 ciclos para tecnologias competitivas. Em algumas modalidades, uma bateria da presente divulgação não apenas pode ter uma capacidade muito mais alta do que células comerciais como também pode fornecer alta potência e durar mais. Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma densidade de energia pelo menos cerca de 1,5, 2, ou 2,5 vezes maior do que uma LIB disponível no mercado (por exemplo, uma LIB com uma densidade de energia de 90 a 150 watt-hora por quilograma (Wh/kg)). Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ser pelo menos cerca de 2 vezes mais potente (por exemplo, pelo menos capacidade de armazenamento de carga 2 vezes maior, densidade de potência pelo menos 2 vezes maior, e/ou estabilidade de ciclo/ciclo de vida pelo menos 2 vezes maior) do que células comerciais (por exemplo, LIB).
[00145] Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma capacidade de armazenamento de carga maior do que ou igual a cerca de 2700 C (750 mAh), 2880 C (800 mAh), 3060 C (850 mAh), 3420 C (950 mAh), 3600 C (1000 mAh), 3960 C (1100 mAh), 4320 C (1200 mAh), 4680 C (1300 mAh), 5040 C (1400 mAh), 5400 (1500 mAh), 5760 C (1600 mAh), 6120 C (1700 mAh), 6480 C (1800 mAh), 6840 C (1900 mAh), 7200 C (2000 mAh), 7560 C (2100 mAh), 7920 C (2200 mAh), 8380 C (2300 mAh), 8640 C (2400 mAh), 9000 C (2500 mAh), 9360 C (2600 mAh), 9720 C (2700 mAh), 10080 C (2800 mAh), 10440 C (2900 mAh), 10800 C (3000 mAh), 11160 C (3100 mAh), 11520 C (3200 mAh), 11880 C (3300 mAh), 12240 C (3400 mAh), 12600 C (3500 mAh), 12960 C (3600 mAh), 13320 C (3700 mAh), 13680 C (3800 mAh), 14040 C (3900 mAh), 14400 C (4000 mAh), 15120 C (4200 mAh), 16560 C (4600 mAh), 17280 C (4800 mAh), 18000 C (5000 mAh). Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma capacidade de armazenamento de carga entre cerca de 3600 C e 9000 C (1000 mAh e 2500 mAh), 3600 C e 10800 C (1000 mAh e 3000 mAh), 3600 C e 12600 C (1000 mAh e 3500 mAh), 3600 C e 14400 C (1000 mAh e 4000 mAh), 3960 C e 9000 C (1100 mAh e 2500 mAh), 3960 C e 108000 C (1100 mAh e 3000 mAh), 3960 C e 12600 C (1100 mAh e 3500 mAh), 3960 C e 14400 C (1100 mAh e 4000 mAh), 4320 C e 9000 C (1200 mAh e 2500 mAh), 4320 C e 10800 C (1200 mAh e 3000 mAh), 4320 C e 12600 C (1200 mAh e 3500 mAh), 4320 C e 14400 C (1200 mAh e 4000 mAh), 4680 C e 9000 C (1300 mAh e 2500 mAh), 4680 C e 10800 C (1300 mAh e 3000 mAh), 4680 C e 12600 C (1300 mAh e 3500 mAh), 4680 C e 14400 C (1300 mAh e 4000 mAh), 5040 C e 9000 C (1400 mAh e 2500 mAh), 5040 C e 10800 C (1400 mAh e 3000 mAh), 5040 C e 12600 C (1400 mAh e 3500 mAh), 5040 C e 14400 C (1400 mAh e 4000 mAh), 5400 C e 9000 C (1500 mAh e 2500 mAh), 9000 C e 10800 C (1500 mAh e 3000 mAh), 9000 C e 12600 C (1500 mAh e 3500 mAh), 9000 C e 14400 C (1500 mAh e 4000 mAh), 5760 C e 9000 C (1600 mAh e 2500 mAh), 5760 C e 10800 C (1600 mAh e 3000 mAh), 5760 C e 12600 C(1600 mAh e 3500 mAh), 5760 C e 14400 C (1600 mAh e 4000 mAh), 6120 C e 9000 C (1700 mAh e 2500 mAh), 6120 C e 10800 C (1700 mAh e 3000 mAh), 6120 C e 12600 C (1700 mAh e 3500 mAh), 6120 C e 14400 C (1700 mAh e 4000 mAh), 6480 C e 9000 C (1800 mAh e 2500 mAh), 6480 C e 10800 C (1800 mAh e 3000 mAh), 6480 C e 12600 C (1800 mAh e 3500 mAh), 6480 C e 14400 C (1800 mAh e 4000 mAh), 6840 C e 9000 C (1900 mAh e 2500 mAh), 6840 C e 10800 C (1900 mAh e 3000 mAh), 6840 C e 12600 C (1900 mAh e 3500 mAh), 6840 C e 14400 C (1900 mAh e 4000 mAh), 7920 C e 9000 C (2000 mAh e 2500 mAh), 7920 C e 10800 C (2000 mAh e 3000 mAh), 7920 C e 12600 C (2000 mAh e 3500 mAh), 7920 C e 14400 C (2000 mAh e 4000 mAh), 9000 C e 10800 C (2500 mAh e 3000 mAh), 9000 C e 12600 C (2500 mAh e 3500 mAh), 9000 C e 14400 C (2500 mAh e 4000 mAh), 10800 C e 12600 C (3000 mAh e 3500 mAh), 10800 C e 14400 C (3000 mAh e 4000 mAh), ou 12600 C e 14400 C (3500 mAh e 4000 mAh). Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter tais capacidades de armazenamento de carga em combinação com uma ou mais densidades de potência, densidades de energia, e/ou estabilidades de ciclo/ciclos de vida descritos no presente documento. Em algumas modalidades, um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação tem uma capacidade de armazenamento de cerca de 2880 C a cerca de 14400 C (800 mAh a cerca de 4000 mAh). Em algumas modalidades, um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação tem uma capacidade de armazenamento de pelo menos cerca de 3600 C (1000 mAh).
[00146] Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma capacidade de armazenamento de carga de cerca de 288 C a cerca de 2880 C (80 mAh/g a cerca de 800 mAh/g). Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma capacidade de armazenamento de carga de pelo menos cerca de 288 C (80 mAh/g). Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma capacidade de armazenamento de carga de, no máximo, 2880 C (800 mAh/g). Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma capacidade de armazenamento de carga de cerca de 288 C/g a cerca de 360 C/g (cerca de 80 mAh/g a cerca de 100 mAh/g), cerca de 288 C/g a cerca de 540 C/g (cerca de 80 mAh/g a cerca de 150 mAh/g), cerca de 288 C/g a cerca de 720 C/g (cerca de 80 mAh/g a cerca de 200 mAh/g), cerca de 288 C/g a cerca de 1080 C/g (cerca de 80 mAh/g a cerca de 300 mAh/g), cerca de 288 a cerca de 1440 C/g (cerca de 80 mAh/g a cerca de 400 mAh/g), cerca de 288 C/g a cerca de 1800 C/g (cerca de 80 mAh/g a cerca de 500 mAh/g), cerca de 288 C/g a cerca de 2160 C/g (cerca de 80 mAh/g a cerca de 600 mAh/g), cerca de 288 C/g a cerca de 2520 C/g (cerca de 80 mAh/g a cerca de 700 mAh/g), cerca de 288 C/g a cerca de 2880 C/g (cerca de 80 mAh/g a cerca de 800 mAh/g), cerca de 360 C/g a cerca de 540 C/g (cerca de 100 mAh/g a cerca de 150 mAh/g), cerca de 360 C/g a cerca de 720 C/g (cerca de 100 mAh/g a cerca de 200 mAh/g), cerca de 360 C/g a cerca de 1080 C/g (cerca de 100 mAh/g a cerca de 300 mAh/g), cerca de 360 C/g a cerca de 1440 C/g (cerca de 100 mAh/g a cerca de 400 mAh/g), cerca de 360 C/g a cerca de 1800 C/g (cerca de 100 mAh/g a cerca de 500 mAh/g), cerca de 360 C/g a cerca de 2160 C/g (cerca de 100 mAh/g a cerca de 600 mAh/g), cerca de 360 C/g a cerca de 2520 C/g (cerca de 100 mAh/g a cerca de 700 mAh/g), cerca de 360 C/g a cerca de 2880 C/g (cerca de 100 mAh/g a cerca de 800 mAh/g), cerca de 540 C/g a cerca de 720 C/g (cerca de 150 mAh/g a cerca de 200 mAh/g), cerca de 540 C/g a cerca de 1080 C/g (cerca de 150 mAh/g a cerca de 300 mAh/g), cerca de 540 C/g a cerca de 1440 C/g (cerca de 150 mAh/g a cerca de 400 mAh/g), cerca de 540 C/g a cerca de 1800 C/g (cerca de 150 mAh/g a cerca de 500 mAh/g), cerca de 540 C/g a cerca de 2160 C/g (cerca de 150 mAh/g a cerca de 600 mAh/g), cerca de 540 C/g a cerca de 2520 C/g (cerca de 150 mAh/g a cerca de 700 mAh/g), cerca 540 C/g a cerca de 2880 C/g (cerca de 150 mAh/g a cerca de 800 mAh/g), cerca de 720 C/g a cerca de 1080 C/g (cerca de 200 mAh/g a cerca de 300 mAh/g), cerca de 720 C/g a cerca de 1440 C/g (cerca de 200 mAh/g a cerca de 400 mAh/g), cerca de 720 C/g a cerca de 1800 C/g (cerca de 200 mAh/g a cerca de 500 mAh/g), cerca de 720 a cerca de 2160 C/g (cerca de 200 mAh/g a cerca de 600 mAh/g), cerca de 720 C/g a cerca de 2520 C/g (cerca de 200 mAh/g a cerca de 700 mAh/g), cerca de 720 C/g a cerca de 2880 C/g (cerca de 200 mAh/g a cerca de 800 mAh/g), cerca de 1080 C/g a cerca de 1440 C/g (cerca de 300 mAh/g a cerca de 400 mAh/g), cerca de 1080 C/g a cerca de 1800 C/g (cerca de 300 mAh/g a cerca de 500 mAh/g), cerca de 1080 C/g a cerca de 2160 C/g (cerca de 300 mAh/g a cerca de 600 mAh/g), cerca de 1080 C/g a cerca de 2520 C/g (cerca de 300 mAh/g a cerca de 700 mAh/g), cerca de 1080 C/g a cerca de 2880 C/g (cerca de 300 mAh/g a cerca de 800 mAh/g), cerca de 1440 C/g a cerca de 1800 C/g (cerca de 400 mAh/g a cerca de 500 mAh/g), cerca de 1400 C/g a cerca de 2160 C/g (cerca de 400 mAh/g a cerca de 600 mAh/g), cerca de 1440 C/g a cerca de 2520 C/g (cerca de 400 mAh/g a cerca de 700 mAh/g), cerca de 1400 C/g a cerca de 2880 C/g (cerca de 400 mAh/g a cerca de 800 mAh/g), cerca de 1800 C/g a cerca de 2160 C/g (cerca de 500 mAh/g a cerca de 600 mAh/g), cerca de 1800 C/g a cerca de 2520 C/g (cerca de 500 mAh/g a cerca de 700 mAh/g), cerca de 1800 C/g a cerca de 2880 C/g (cerca de 500 mAh/g a cerca de 800 mAh/g), cerca de 2160 C/g a cerca de 2520 C/g (cerca de 600 mAh/g a cerca de 700 mAh/g), cerca de 2160 C/g a cerca de 2880 C/g (cerca de 600 mAh/g a cerca de 800 mAh/g), ou cerca de 2520 C/g a cerca de 2880 C/g (cerca de 700 mAh/g a cerca de 800 mAh/g). Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma capacidade de armazenamento de carga de cerca de 288 C/g (cerca de 80 mAh/g), cerca de 360 C/g (cerca de 100 mAh/g), cerca de 540 C/g (cerca de 150 mAh/g), cerca de 720 (cerca de 200 mAh/g), cerca de 1080 C/g (cerca de 300 mAh/g), cerca de 1440 C/g (cerca de 400 mAh/g), cerca de 1800 C/g (cerca de 500 mAh/g), cerca de 2160 C/g (cerca de 600 mAh/g), cerca de 2520 C/g (cerca de 700 mAh/g), cerca de 2880 C/g (cerca de 800 mAh/g).
[00147] Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter tais capacidades de armazenamento de carga em combinação com uma ou mais densidades de potência, densidades de energia, e/ou estabilidades de ciclo/ciclos de vida descritos no presente documento. Em algumas modalidades, um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação tem uma capacidade de armazenamento de cerca de 288 C a cerca de 2880 C (80 mAh/g a cerca de 800 mAh/g). Em algumas modalidades, um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação tem uma capacidade de armazenamento de pelo menos cerca de 3600 C (1000 mAh/g).
[00148] Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo,bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma densidade de potência maior do que ou igual a cerca de 500 W/kg, 600 W/kg, 700 W/kg, 800 W/kg, 900 W/kg, 1000 W/kg, 1100 W/kg, 1200 W/kg, 1300 W/kg, 1400 W/kg, 1500 W/kg, 1600 W/kg, 1700 W/kg, 1800 W/kg, 1900 W/kg, 2000 W/kg, 2100 W/kg, 2200 W/kg, 2300 W/kg, 2400 W/kg, 2500 W/kg, 2600 W/kg, 2700 W/kg, 2800 W/kg, 2900 W/kg, 3000 W/kg, 3100 W/kg, 3200 W/kg, 3300 W/kg, 3400 W/kg, ou 3500 W/kg. Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma densidade de potência entre cerca de 500 W/kg e 3000 W/kg, 500 W/kg e 3500 W/kg, 1000 W/kg e 3000 W/kg, 1000 W/kg e 3500 W/kg, 1500 W/kg e 3000 W/kg, 1500 W/kg e 3500 W/kg, 1600 W/kg e 3000 W/kg, 1600 W/kg e 3500 W/kg, 1700 W/kg e 3000 W/kg, 1700 W/kg e 3500 W/kg, 1800 W/kg e 3000 W/kg, 1800 W/kg e 3500 W/kg, 1900 W/kg e 3000 W/kg, 1900 W/kg e 3500 W/kg, 2000 W/kg e 3000 W/kg, 2000 W/kg e 3500 W/kg, 2100 W/kg e 3000 W/kg, 2100 W/kg e 3500 W/kg, 2200 W/kg e 3000 W/kg, 2200 W/kg e 3500 W/kg, 2300 W/kg e 3000 W/kg, 2300 W/kg e 3500 W/kg, 2400 W/kg e 3000 W/kg, 2400 W/kg e 3500 W/kg, 2500 W/kg e 3000 W/kg, 2500 W/kg e 3500 W/kg, 2600 W/kg e 3000 W/kg, 2600 W/kg e 3500 W/kg, 2700 W/kg e 3000 W/kg, 2700 W/kg e 3500 W/kg, 2800 W/kg e 3000 W/kg, 2800 W/kg e 3500 W/kg, 2900 W/kg e 3000 W/kg, 2900 W/kg e 3500 W/kg, ou 3000 W/kg e 3500 W/kg. Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter tais densidades de potência em combinação com uma ou mais capacidades de armazenamento de carga, densidades de energia, e/ou estabilidades de ciclo/ciclos de vida descritos no presente documento.
[00149] Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma estabilidade de ciclo ou ciclo de vida maior do que ou igual a cerca de 500 ciclos, 600 ciclos, 700 ciclos, 800 ciclos, 900 ciclos, 1000 ciclos, 1100 ciclos, 1200 ciclos, 1300 ciclos, 1400 ciclos, 1500 ciclos, ou 2000 ciclos. Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma estabilidade de ciclo ou ciclo de vida entre cerca de 500 ciclos e 1000 ciclos, 500 ciclos e 1500 ciclos, 600 ciclos e 1000 ciclos, 600 ciclos e 1500 ciclos, 700 ciclos e 1000 ciclos, 700 ciclos e 1500 ciclos, 800 ciclos e 1000 ciclos, 800 ciclos e 1500 ciclos, 900 ciclos e 1000 ciclos, 900 ciclos e 1500 ciclos, 1000 ciclos e 1500 ciclos, ou 1500 ciclos e 2000 ciclos. Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter tais estabilidades de ciclo/ciclos de vida em combinação com um ou mais capacidades de armazenamento de carga, densidades de potência e/ou densidades de energia descritas no presente documento.
[00150] Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma densidade de energia maior do que ou igual a cerca de 50 Wh/kg, 75 Wh/kg, 90 Wh/kg, 100 Wh/kg, 110 Wh/kg, 120 Wh/kg, 130 Wh/kg, 140 Wh/kg, 150 Wh/kg, 160 Wh/kg, 170 Wh/kg, 180 Wh/kg, 190 Wh/kg, 200 Wh/kg, 210 Wh/kg, 220 Wh/kg, 230 Wh/kg, 240 Wh/kg, 250 Wh/kg, 260 Wh/kg, 270 Wh/kg, 280 Wh/kg, 290 Wh/kg, 300 Wh/kg, 310 Wh/kg, 320 Wh/kg, 330 Wh/kg, 340 Wh/kg, 350 Wh/kg, 360 Wh/kg, 370 Wh/kg, 380 Wh/kg, 390 Wh/kg ou 400 Wh/kg. Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma densidade de energia entre cerca de 90 Wh/kg e 250 Wh/kg, 90 Wh/kg e 300 Wh/kg, 90 Wh/kg e 350 Wh/kg, 90 Wh/kg e 400 Wh/kg, 150 Wh/kg e 250 Wh/kg, 150 Wh/kg e 300 Wh/kg, 150 Wh/kg e 350 Wh/kg, 150 Wh/kg e 400 Wh/kg, 200 Wh/kg e 250 Wh/kg, 200 Wh/kg e 300 Wh/kg, 200 Wh/kg e 350 Wh/kg, 200 Wh/kg e 400 Wh/kg, 250 Wh/kg e 300 Wh/kg, 250 Wh/kg e 350 Wh/kg, 250 Wh/kg e 400 Wh/kg, 300 Wh/kg e 350 Wh/kg, 300 Wh/kg e 400 Wh/kg, ou 350 Wh/kg e 400 Wh/kg. Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter tais densidades de energia em combinação com uma ou mais capacidades de armazenamento de carga, densidades de potência e/ou estabilidades de ciclo/ciclos de vida descritos no presente documento.
[00151] Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma tensão de carga maior do que ou igual a cerca de 2 V, 2,1 V, 2,2 V, 2,3 V, 2,4 V, 2,5 V, 2,6 V, 2,7 V, 2,8 V, 2,9 V, 3 V, 3,1 V, 3,2 V, 3,3 V, 3,4 V, 3,5 V, 3,6 V, 3,7 V, 3,8 V, 3,9 V, 4 V, 4,1 V, 4,2 V, 4,3 V, 4,4 V, ou 4,5 V. Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma tensão de carga entre cerca de 2 V e 2,5 V, 2 V e 3 V, 2 V e 3,5 V, 2 V e 4 V, 2 V e 4,5 V, 2,5 V e 3 V, 2,5 V e 3,5 V, 2,5 V e 4 V, 2,5 V e 4,5 V, 3 V e 3,5 V, 3 V e 4 V, 3 V e 4,5 V, 3,5 V e 4 V, 3,5 V e 4,5 V, ou 4 V e 4,5 V. Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma tensão de descarga maior do que ou igual a cerca de 2 V, 2,5 V, 3 V, 3,5 V, 4 V, ou 4,5 V. Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma tensão de descarga entre cerca de 2 V e 2,5 V, 2 V e 3 V, 2 V e 3,5 V, 2 V e 4 V, 2 V e 4,5 V, 2,5 V e 3 V, 2,5 V e 3,5 V, 2,5 V e 4 V, 2,5 V e 4,5 V, 3 V e 3,5 V, 3 V e 4 V, 3 V e 4,5 V, 3,5 V e 4 V, 3,5 V e 4,5 V, ou 4 V e 4,5 V. Em algumas modalidades, a carga e a tensão de descarga podem diferir por menos do que ou igual a cerca de 25%, 20%, 15%, 10% ou 5% (por exemplo, consultar FIG. 12). A carga e a tensão de descarga podem ter tais similaridades por uma dada faixa de capacidade (por exemplo, até cerca de 360 C (1000 mAh), 3960 C (1100 mAh), 4320 C (1200 mAh), 4680 C (1300 mAh), 5040 C (1400 mAh), 5760 C (1600 mAh), 6120 C (1700 mAh), 6480 C (1800 mAh), 6840 C (1900 mAh), 7200 C (2000 mAh), 7920 C (2200 mAh), 8640 C (2400 mAh), 9360 C (2600 mAh), 10080 C (2800 mAh), 10800 C (3000 mAh), 11520 C (3200 mAh), 12240 C (3400 mAh), 12960 C (3600 mAh), 13680 C (3800 mAh) ou 14400 C (4000 mAh)).
[00152] Segundo a FIG 27, os dispositivos de armazenamento de energia disponíveis no mercado exibem uma resistência em série equivalente (ESR) de cerca de 40Q a cerca de 70Q. Entretanto, as melhoras adicionais dessas figuras são necessárias para a ampla adoção dessa tecnologia, especialmente para aplicações em grande escala, como veículos elétricos e armazenamento de energia em rede (por exemplo, para reduzir o preço de veículos elétricos e contribuir para um ambiente ecologicamente correto).
[00153] Em contraste, os dispositivos de armazenamento de energia (por exemplo, baterias) fornecidos no presente documento podem, em algumas modalidades, exibir uma ESR de menos do que 30Q, conforme calculado pelo gráfico potencial-tempo na FIG. 28. Tais recursos podem ser habilitados, por exemplo, superando-se propriedades elétricas e mecânicas dos materiais à base de carbono descritos no presente documento, área de superfície extraordinariamente alta dos materiais à base de carbono descritos no presente documento, ou uma combinação dos mesmos.
[00154] Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma ESR a 1 kilohertz (kHz) de 14 miliohms a 80 miliohms. Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma ESR a 1 kHz de pelo menos 14 miliohms. Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma ESR a 1 kHz de no máximo 80 miliohms. Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma ESR a 1 kHz de 14 miliohms a 20 miliohms, 14 miliohms a 25 miliohms, 14 miliohms a 30 miliohms, 14 miliohms a 35 miliohms, 14 miliohms a 40 miliohms, 14 miliohms a 45 miliohms, 14 miliohms a 50 miliohms, 14 miliohms a 55 miliohms, 14 miliohms a 60 miliohms, 14 miliohms a 70 miliohms, 14 miliohms a 80 miliohms, 20 miliohms a 25 miliohms, 20 miliohms a 30 miliohms, 20 miliohms a 35 miliohms, 20 miliohms a 40 miliohms, 20 miliohms a 45 miliohms, 20 miliohms a 50 miliohms, 20 miliohms a 55 miliohms, 20 miliohms a 60 miliohms, 20 miliohms a 70 miliohms, 20 miliohms a 80 miliohms, 25 miliohms a 30 miliohms, 25 miliohms a 35 miliohms, 25 miliohms a 40 miliohms, 25 miliohms a 45 miliohms, 25 miliohms a 50 miliohms, 25 miliohms a 55 miliohms, 25 miliohms a 60 miliohms, 25 miliohms a 70 miliohms, 25 miliohms a 80 miliohms, 30 miliohms a 35 miliohms, 30 miliohms a 40 miliohms, 30 miliohms a 45 miliohms, 30 miliohms a 50 miliohms, 30 miliohms a 55 miliohms, 30 miliohms a 60 miliohms, 30 miliohms a 70 miliohms, 30 miliohms a 80 miliohms, 35 miliohms a 40 miliohms, 35 miliohms a 45 miliohms, 35 miliohms a 50 miliohms, 35 miliohms a 55 miliohms, 35 miliohms a 60 miliohms, 35 miliohms a 70 miliohms, 35 miliohms a 80 miliohms, 40 miliohms a 45 miliohms, 40 miliohms a 50 miliohms, 40 miliohms a 55 miliohms, 40 miliohms a 60 miliohms, 40 miliohms a 70 miliohms, 40 miliohms a 80 miliohms, 45 miliohms a 50 miliohms, 45 miliohms a 55 miliohms, 45 miliohms a 60 miliohms, 45 miliohms a 70 miliohms, 45 miliohms a 80 miliohms, 50 miliohms a 55 miliohms, 50 miliohms a 60 miliohms, 50 miliohms a 70 miliohms, 50 miliohms a 80 miliohms, 55 miliohms a 60 miliohms, 55 miliohms a 70 miliohms, 55 miliohms a 80 miliohms, 60 miliohms a 70 miliohms, 60 miliohms a 80 miliohms, ou 70 miliohms a 80 miliohms. Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma ESR a 1 kHz de 14 miliohms, 20 miliohms, 25 miliohms, 30 miliohms, 35 miliohms, 40 miliohms, 45 miliohms, 50 miliohms, 55 miliohms, 60 miliohms, 70 miliohms, ou 80 miliohms. Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma ESR a 1 kHz de cerca de 5 miliohms a cerca de 100 miliohms. Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma ESR a 1 kHz de pelo menos cerca de 5 miliohms. Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma ESR a 1 kHz de no máximo cerca de 100 miliohms. Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma ESR a 1 kHz de cerca de 5 miliohms a cerca de 10 miliohms, cerca de 5 miliohms a cerca de 20 miliohms, cerca de 5 miliohms a cerca de 30 miliohms, cerca de 5 miliohms a cerca de 40 miliohms, cerca de 5 miliohms a cerca de 50 miliohms, cerca de 5 miliohms a cerca de 60 miliohms, cerca de 5 miliohms a cerca de 70 miliohms, cerca de 5 miliohms a cerca de 80 miliohms, cerca de 5 miliohms a cerca de 90 miliohms, cerca de 5 miliohms a cerca de 100 miliohms, cerca de 10 miliohms a cerca de 20 miliohms, cerca de 10 miliohms a cerca de 30 miliohms, cerca de 10 miliohms a cerca de 40 miliohms, cerca de 10 miliohms a cerca de 50 miliohms, cerca de 10 miliohms a cerca de 60 miliohms, cerca de 10 miliohms a cerca de 70 miliohms, cerca de 10 miliohms a cerca de 80 miliohms, cerca de 10 miliohms a cerca de 90 miliohms, cerca de 10 miliohms a cerca de 100 miliohms, cerca de 20 miliohms a cerca de 30 miliohms, cerca de 20 miliohms a cerca de 40 miliohms, cerca de 20 miliohms a cerca de 50 miliohms, cerca de 20 miliohms a cerca de 60 miliohms, cerca de 20 miliohms a cerca de 70 miliohms, cerca de 20 miliohms a cerca de 80 miliohms, cerca de 20 miliohms a cerca de 90 miliohms, cerca de 20 miliohms a cerca de 100 miliohms, cerca de 30 miliohms a cerca de 40 miliohms, cerca de 30 miliohms a cerca de 50 miliohms, cerca de 30 miliohms a cerca de 60 miliohms, cerca de 30 miliohms a cerca de 70 miliohms, cerca de 30 miliohms a cerca de 80 miliohms, cerca de 30 miliohms a cerca de 90 miliohms, cerca de 30 miliohms a cerca de 100 miliohms, cerca de 40 miliohms a cerca de 50 miliohms, cerca de 40 miliohms a cerca de 60 miliohms, cerca de 40 miliohms a cerca de 70 miliohms, cerca de 40 miliohms a cerca de 80 miliohms, cerca de 40 miliohms a cerca de 90 miliohms, cerca de 40 miliohms a cerca de 100 miliohms, cerca de 50 miliohms a cerca de 60 miliohms, cerca de 50 miliohms a cerca de 70 miliohms, cerca de 50 miliohms a cerca de 80 miliohms, cerca de 50 miliohms a cerca de 90 miliohms, cerca de 50 miliohms a cerca de 100 miliohms, cerca de 60 miliohms a cerca de 70 miliohms, cerca de 60 miliohms a cerca de 80 miliohms, cerca de 60 miliohms a cerca de 90 miliohms, cerca de 60 miliohms a cerca de 100 miliohms, cerca de 70 miliohms a cerca de 80 miliohms, cerca de 70 miliohms a cerca de 90 miliohms, cerca de 70 miliohms a cerca de 100 miliohms, cerca de 80 miliohms a cerca de 90 miliohms, cerca de 80 miliohms a cerca de 100 miliohms, ou cerca de 90 miliohms a cerca de 100 miliohms. Um dispositivo de armazenamento de energia (por exemplo, bateria ou célula de bateria) da presente divulgação pode ter uma ESR a 1 kHz de cerca de 5 miliohms, cerca de 10 miliohms, cerca de 20 miliohms, cerca de 30 miliohms, cerca de 40 miliohms, cerca de 50 miliohms, cerca de 60 miliohms, cerca de 70 miliohms, cerca de 80 miliohms, cerca de 90 miliohms, ou cerca de 100 miliohms.
TERMOS E DEFINIÇÕES
[00155] A menos que definido de outro modo, todos os termos técnicos usados no presente documento têm o mesmo significado que o comumente entendido por um indivíduo de habilidade comum na técnica à qual a presente divulgação pertence. Conforme usado neste relatório descritivo e as reivindicações anexas, as formas singulares “um”, “uma”, “o” e “a” incluem referências no plural a menos que o contexto dite claramente de outro modo. Qualquer referência a “ou” no presente documento é destinada a abranger “e/ou” a menos que declarado de outro modo.
[00156] Embora as modalidades preferenciais da presente divulgação tenham sido mostradas e descritas no presente documento, será óbvio para aqueles versados na técnica que tais modalidades são fornecidas apenas a título de exemplo. Várias variações, mudanças, e substituições ocorrerão agora aos versados na técnica sem se afastar da presente divulgação. Deve ser entendido que várias alternativas às modalidades do dispositivo da presente divulgação descritas no presente documento podem ser empregadas na prática da presente divulgação. Pretende-se que as reivindicações a seguir definam o escopo da presente divulgação e que os métodos e estruturas no escopo dessas reivindicações e seus equivalentes sejam assim abrangidos.
[00157] Ao longo da presente divulgação, vários recursos são apresentados num formato de faixa. Deve ser entendido que a descrição no formato de faixa é meramente por conveniência e brevidade e não deve ser interpretado como uma limitação inflexível no escopo de quaisquer modalidades. Consequentemente, a descrição de uma faixa deve ser considerada por ter revelado especificamente todas as subfaixas possíveis, assim como os valores numéricos individuais dentro daquela faixa para o décimo da unidade do limite inferior, a menos que o contexto dite claramente de outro modo. Por exemplo, a descrição de uma faixa, como de 1 a 6, deve ser considerada por ter subfaixas especificamente reveladas, como de 1 a 3, de 1 a 4, de 1 a 5, de 2 a 4, de 2 a 6, e de 3 a 6, assim como valores individuais nesta faixa, por exemplo, 1,1, 2, 2,3, 5, e 5,9. Isto se aplica independentemente da amplitude da faixa. Os limites superior e inferior destas faixas intervenientes podem ser independentemente incluídos nas faixas menores, e também são abrangidos na presente divulgação, submetidos a qualquer limite especificamente excluído na faixa declarada. Quando a faixa declarada inclui um ou mais dentre ambos os limites, as faixas que excluem qualquer um dentre ou ambos os limites incluídos também são incluídas na presente divulgação, a menos que o contexto dite claramente de outro modo.
[00158] A menos que declarado especificamente ou seja óbvio a partir do contexto, conforme usado no presente documento, o termo “cerca de” em referência a um número ou faixa de números é entendido como o número declarado e números ±10% dos mesmos, ou 10% abaixo do limite inferior listado e 10% acima do limite superior listado para os valores listados para uma faixa.
EXEMPLOS EXEMPLO 1 - CÉLULA DE NCA
[00159] Uma bateria exemplificativa compreende pelo menos uma célula que compreende um eletrodo negativo (ânodo durante descarga) que compreende grafite e um eletrodo positivo (cátodo durante descarga) que compreende PCS/óxido de lítio-níquel-cobalto-alumínio (NCA), conforme mostrado na Tabela 1. TABELA 1 – CÉLULA DE NCA
EXEMPLO 2 - CÉLULA DE NMC
[00160] Uma bateria exemplificativa compreende pelo menos uma célula que compreende um eletrodo negativo (ânodo durante descarga) que compreende grafite e um eletrodo positivo (cátodo durante descarga) que compreende PCS/óxido de lítio-níquel-manganês-cobalto (NMC), conforme mostrado na Tabela 2.TABELA 2 - CÉLULA DE NMC
EXEMPLO 3- CÉLULA DE LFP
[00161] Uma bateria exemplificativa compreende pelo menos uma célula que compreende um eletrodo negativo (ânodo durante descarga) que compreende grafite e um eletrodo positivo (cátodo durante descarga) que compreende PCS/fosfato de lítio e ferro (LFP), conforme mostrado na Tabela 3.TABELA 3 - CÉLULA DE LFP

Claims (19)

1. Dispositivo de armazenamento de energia, caracterizado pelo fato de que compreende: a) um eletrodo negativo que compreende: i) uma pluralidade de folhas de grafeno poroso compreendendo um ou mais grupos funcionais carboxílicos que estão ligados apenas às bordas das folhas de grafeno poroso; ii) um primeiro ligante; e iii) um aditivo condutor; b) um eletrodo positivo que compreende: i) um material ativo; e ii) um segundo ligante; e c) um separador entre o eletrodo negativo e o eletrodo positivo.
2. Dispositivo de armazenamento de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dentre o primeiro ligante e o segundo ligante compreende fluoreto polivinílico, fluoreto de polivinilideno, politetrafluoroetileno, policlorotrifluoroetileno, polímero de perfluoroalcóxi, etileno-propileno fluorado, polietilenotetrafluoroetileno, polietilenoclorotrifluoroetileno, plastômero perfluorado, um fluorocarbono, fluoreto de clorotrifluoroetilenovinilideno, um fluoroelastômero, tetrafluoroetileno-propileno, perfluoropoliéter, ácido perfluorossulfônico, perfluoropolioxetano, P(VDF-trifluoroetileno), P(VDF- tetrafluoroetileno) ou qualquer combinação dos mesmos.
3. Dispositivo de armazenamento de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aditivo condutor compreende negro de carbono, negro de acetileno, negro de fornalha, fibras de carbono crescidas no vapor, nanotubos de carbono, folhas de carbono porosas ou qualquer combinação dos mesmos.
4. Dispositivo de armazenamento de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material ativo compreende fosfato de ferro, grafeno de lítio, óxido de alumínio, cobalto, níquel e lítio, óxido de cobalto, manganês, níquel e lítio, óxido de cobalto e lítio, óxido de manganês e lítio, titanato de lítio, enxofre-lítio ou qualquer combinação dos mesmos.
5. Dispositivo de armazenamento de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que tem uma capacidade de armazenamento de 2880 coulombs (C) (800 miliamperes horas (mAh)) a 14400 C (4.000 mAh).
6. Dispositivo de armazenamento de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que tem uma capacidade de armazenamento de pelo menos 2880 C (800 mAh).
7. Dispositivo de armazenamento de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que tem uma capacidade de armazenamento de 288 C/g (80 mAh/g) a 2880 C/g (800 mAh/g).
8. Dispositivo de armazenamento de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que tem uma capacidade de armazenamento de pelo menos 288 C/g (80 mAh/g).
9. Dispositivo de armazenamento de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que tem um ciclo de vida de 500 ciclos a 1500 ciclos.
10. Dispositivo de armazenamento de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que tem um ciclo de vida de pelo menos 500 ciclos.
11. Dispositivo de armazenamento de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que tem uma resistência em série equivalente de 5 miliohms a 100 miliohms.
12. Dispositivo de armazenamento de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que tem uma resistência em série equivalente de no máximo 100 miliohms.
13. Dispositivo de armazenamento de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de folhas de grafeno poroso tem um tamanho de poro menor ou igual a 10 nanômetros.
14. Dispositivo de armazenamento de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de folhas de grafeno poroso tem um teor de oxigênio menor ou igual a 10%.
15. Dispositivo de armazenamento de energia de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as folhas de grafeno poroso da pluralidade de folhas de grafeno poroso são separadas umas das outras.
16. Dispositivo de armazenamento de energia de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o separador tem uma permeabilidade maior ou igual a 150 s/100 mL.
17. Dispositivo de armazenamento de energia de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o aditivo condutor compreende no máximo 9,5% em peso do eletrodo negativo.
18. Dispositivo de armazenamento de energia de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o aditivo condutor compreende 0,1% a 2% em peso do eletrodo negativo.
19. Dispositivo de armazenamento de energia de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o material ativo compreende grafeno e em que o grafeno compreende 0,25% a 2% em peso do eletrodo positivo.
BR112019004128-1A 2016-08-31 2017-08-28 Dispositivo de armazenamento de energia BR112019004128B1 (pt)

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