O potencial da montmorilonita no campo das novas energias
A montmorilonita (MMT) é um mineral de silicato lamelar. Na sua estrutura, os átomos de alumínio de alta valência nos octaedros de alumínio-oxigénio podem ser facilmente substituídos por átomos de menor valência, resultando numa carga negativa entre camadas. Para manter a estabilidade da estrutura interlamelar, a montmorilonita adsorve catiões como o Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ e K+ da sua envolvente. Esta característica confere à montmorilonita fortes capacidades de adsorção e troca catiónica. Esta estrutura única e capacidade de troca conferem à montmorilonita um potencial significativo para aplicações no campo das novas tecnologias energéticas.
Materiais para Baterias de Lítio
(1) Para Eletrólitos de Estado Sólido
Numerosos estudos demonstraram que a montmorilonita (MMT), como uma nova carga inorgânica, pode melhorar significativamente a condutividade iónica e as propriedades mecânicas dos eletrólitos poliméricos sólidos (SPEs).
(2) Construção de Camadas SEI Artificiais
Em filmes artificiais de interfase eletrolítica sólida (SEI), a montmorilonita-lítio em camadas (Li-MMT) confere boas propriedades mecânicas à camada SEI e fornece canais de transporte de Li+, o que ajuda a suprimir o crescimento dos dendritos de lítio. Beneficiando dos canais rápidos de Li+ presentes no Li-MMT, uma célula completa de Li-LiFePO4 montada com uma camada SEI de Li-MMT apresenta um desempenho de taxa superior e mantém uma elevada capacidade de retenção de 90,6% após 400 ciclos a uma taxa de 1C.
(3) Otimização do Separador
O MMT é utilizado para otimizar separadores devido às suas excelentes propriedades de adsorção. Comparativamente aos separadores de PE comerciais, o separador modificado com Li-MMT apresenta uma maior concentração de Li+ na interface elétrodo/eletrólito, o que reduz a deposição seletiva de lítio, enfraquece a densidade de corrente local e suprime o crescimento de dendrites.
(4) Otimização de Eletrólitos Líquidos
Nos sistemas de baterias de lítio metálico, em comparação com os eletrólitos de PEO, a montmorilonita apresenta uma maior afinidade com o lítio metálico, com um potencial zeta de +26 mV, o que promove o enriquecimento de iões de lítio junto à superfície da montmorilonita. Com a adsorção e separação dos iões de lítio, o sobrepotencial aumenta ligeiramente para -57,7 mV, orientando os iões de lítio para migrarem da montmorilonita e se depositarem na superfície do coletor de corrente de cobre.
(5) Materiais Portadores
Supercondensadores
Materiais Molde
Alguns minerais naturais possuem morfologias específicas, como a atapulgite, a montmorilonita, a haloisita e a diatomita, que são comummente utilizados como moldes para sintetizar materiais de carbono porosos com morfologias específicas. Além disso, polímeros condutores com morfologias específicas podem ser sintetizados através do método do molde mineral. (2) Materiais Portadores de Eléctrodos
Para obter materiais ativos com morfologias específicas e, simultaneamente, aumentar a capacitância específica e melhorar a estabilidade do ciclo, os materiais ativos podem ser carregados na superfície de minerais como a montmorilonita e a haloisita.
Materiais de Armazenamento de Metano
Atualmente, os investigadores estão a explorar a utilização da tecnologia de armazenamento de gás natural baseada na adsorção, que é económica, conveniente e segura, como alternativa às tecnologias tradicionais de gás natural comprimido e gás natural liquefeito. Estudos demonstraram que os minerais argilosos desempenham um papel positivo na formação e desenvolvimento de reservatórios de gás de xisto e possuem capacidade de armazenamento de gás.
Materiais Eletrocatalíticos
A eletrocatálise é um tipo de catálise que acelera as reações de transferência de carga na interface elétrodo/eletrólito e tem sido amplamente utilizada em áreas como a evolução eletroquímica de hidrogénio, evolução de oxigénio e redução de NOx. Os minerais de argila, como a montmorilonita, têm sido amplamente utilizados como transportadores de componentes de reação de elétrodos fotoeletrocatalíticos para prevenir a agregação de partículas, melhorar a estabilidade das moléculas sensibilizadoras e aumentar a seletividade da reação.
Materiais de Armazenamento de Energia Térmica em Mudança de Fase
Os materiais de armazenamento de energia térmica em mudança de fase (PCMs) são um novo tipo de material funcional que utiliza a absorção ou libertação de calor durante a mudança de fase para armazenamento e libertação de energia térmica. Os minerais naturais desempenham um papel importante no campo do armazenamento de energia térmica em mudança de fase. Por um lado, os próprios minerais naturais são excelentes materiais inorgânicos para a mudança de fase e podem ser processados em materiais de armazenamento de energia térmica em mudança de fase de alto desempenho após a adição de agentes nucleantes e espessantes apropriados. Por outro lado, a estrutura porosa dos minerais pode servir como um excelente transportador para materiais de armazenamento de energia térmica em mudança de fase.