(por Giovanni Calcerano) Em nosso mundo tecnológico, as baterias estão por toda parte: telefones, laptops, eletrodomésticos, mas também dispositivos portáteis, brinquedos e aplicações industriais. E para atender às expectativas dos consumidores de hoje, essas baterias precisam ser mais leves, mais potentes e projetadas para durar mais. Atualmente a tecnologia mais moderna neste campo é a das baterias de íon-lítio, mas essa tecnologia é cara e envolve a presença de um líquido inflamável, o que pode representar um risco à segurança se a bateria for usada incorretamente. Para atender à crescente demanda dos mercados emergentes (carros elétricos, por exemplo, e armazenamento de energia renovável), pesquisadores da Empa (Laboratórios Federais Suíços de Ciência e Tecnologia de Materiais) e da Universidade de Genebra (UNIGE), conceberam um novo protótipo de bateria, conhecido como “estado totalmente sólido”: esta bateria tem potencial para armazenar mais energia, mantendo altos níveis de segurança e confiabilidade e é à base de sódio, uma alternativa econômica ao lítio.
Para que uma bateria funcione, ela deve ter três componentes principais: um ânodo (pólo negativo), um cátodo (pólo positivo) e um eletrólito. A maioria das baterias usadas em nossos equipamentos eletrônicos hoje é baseada em íons de lítio. Conforme a bateria é carregada, os íons de lítio deixam o cátodo e viajam para o ânodo. Para evitar a formação de dendritos de lítio - um tipo de estalagmite microscópica que pode induzir curtos na bateria - o ânodo nas baterias comerciais é feito de grafite em vez de lítio metálico, embora esse metal ultraleve aumentasse a quantidade de energia que pode ser armazenada.
Os pesquisadores da Empa e da UNIGE se concentraram nos benefícios de uma bateria “sólida” para atender à crescente demanda dos mercados emergentes e produzir baterias com desempenho ainda melhor: carregamento mais rápido com maior capacidade de armazenamento e maior segurança. Sua bateria usa um eletrólito sólido em vez de um líquido que permite o uso de um ânodo metálico bloqueando a formação de dendritos, permitindo que mais energia seja armazenada, garantindo a segurança.
“Mas ainda tínhamos que encontrar um condutor de íon sólido adequado que, além de não tóxico, fosse química e termicamente estável, e que permitisse que o sódio se movesse facilmente entre o ânodo e o cátodo”, explica Hans Hagemann, professor do Departamento de Química. e Física da Faculdade de Ciências da UNIGE. Os pesquisadores descobriram que uma substância à base de boro, o closoborano, permite que os íons de sódio circulem livremente. Além disso, como o closoborano é um condutor inorgânico, ele evita o risco de incêndio da bateria durante o carregamento. É um material, em outras palavras, com inúmeras propriedades promissoras.
“A dificuldade foi estabelecer contato próximo entre as três camadas da bateria: o ânodo, composto de sódio metálico sólido, o cátodo, uma mistura de óxido de cromo e sódio e o eletrólito, o closo-borano”, diz Léo Duchêne, pesquisador na Empa. Os pesquisadores dissolveram parte do eletrólito da bateria em um solvente antes de adicionar o pó de óxido de sódio e cromo. Assim que o solvente evaporou, eles empilharam o compósito de pó catódico com o eletrólito e o ânodo, espremendo as várias camadas para formar a bateria.
Pesquisadores da Empa e da UNIGE posteriormente testaram a bateria. "A estabilidade eletroquímica do eletrólito que estamos usando aqui pode suportar três volts, enquanto muitos eletrólitos sólidos previamente estudados são danificados na mesma tensão", disse Arndt Remhof, pesquisador da Empa e líder do projeto, que é apoiado pela Fundação Nacional Suíça para Science (SNSF) e o Centro Suíço para Pesquisa de Energia em Armazenamento de Calor e Eletricidade (SCCER-HaE). Os cientistas testaram a bateria para mais de 250 ciclos de carga e descarga, após os quais 85% da capacidade de energia ainda estava disponível. “Mas leva 1.200 ciclos para que a bateria possa ser colocada no mercado”, dizem os pesquisadores. “Além disso, ainda temos que analisar o comportamento da bateria em temperatura ambiente para que seja possível confirmar se os dendritos estão se formando ou não, aumentando ainda mais a tensão. Nossos experimentos ainda estão em andamento. "
https://youtu.be/j1jAk3wf1Uc