Embora existam várias alternativas em desenvolvimento, as baterias atualmente em maioria no mundo dos carros elétricos, assim como em qualquer setor tecnológico, são aquelas compostas de iões de lítio.

Estas baterias foram amplamente desenvolvidas nos últimos anos e atualmente alcançam um desempenho muito considerável, com os veículos à venda já ultrapassando os 700 km de autonomia.

Porém, isso só acontece em condições próximas das ideais, uma vez que o inverno prejudica muito a potência e longevidade das baterias.

A comunidade científica chegou a um consenso sobre a causa da considerável perda de capacidade em temperaturas abaixo de zero: a barreira de alta energia de resistência à transferência de carga no processo de dessolvatação lenta de iões de lítio (Li +). Algo que está intimamente relacionado com a força da energia de ligação do Li+ solvatado na interface eletrólito-eletrodo.

Por outro lado, o grafite com capacidade teórica de 372 mAh g – 1, como é o caso dos anodos comerciais de última geração, sofre uma severa degradação de capacidade à medida que a temperatura diminui. De fato, sua capacidade decai rapidamente para apenas 12 mAh g –1 a -20 °C .

Até agora, a estratégia da comunidade científica concentrou-se em desenvolver eletrólitos e eletrodos que consigam resolver o problema de desempenho sob temperaturas extremas.

As estruturas dos eletrólitos foram adaptadas e foram introduzidos aditivos que baixam o ponto de congelamento e aumentam a condutividade iônica. As superfícies da estrutura do eletrodo também foram modificadas para reduzir a barreira de energia de transferência de carga.

De acordo com este grupo de pesquisadores chineses, a chave para lidar com a perda de capacitância de baixa temperatura está em ajustar as configurações eletrônicas da superfície do ânodo de carbono.

Desta forma, é possível reforçar a interação coordenada entre os íons de lítio solvatados e os sítios de adsorção para sua dessolvatação, reduzindo assim a energia de ativação da transferência de carga.

Foi nesse contexto que os pesquisadores chineses prepararam nanoesferas de carbono semelhantes a cebolas multicamadas ancoradas na estrutura de carbono dodecaédrico (O-DF) . Para isso, utilizaram a técnica de pirólise direta de baixa temperatura do framework zeolítico imidazolato-67 (ZIF-67).

O resultado foi que, quando a temperatura cai para -20 °C, o ânodo à base de carbono O-DF apresenta alta capacidade reversível de 624 mAh g -1, com capacidade de retenção de 85,9% a 0,1 A g -1 . Esses resultados excedem em muito os do grafite de última geração com curvatura zero.

Mesmo que a temperatura caia para -35°C, o O-DF ainda é efetivamente retido na capacidade reversível de 160 mAh g–1 a 0,1 A g–1 após 200 ciclos. Tudo isso sugere que um projeto baseado nesse tipo de material poderia estender a funcionalidade das baterias de iões de lítio a ambientes extremos.