Em vez dos solventes comumente usados, a nova bateria funciona até com água do mar.
[Imagem: Zhenxing Feng Lab]
Bateria aquosa
Pesquisadores desenvolveram um novo componente para baterias que pode revolucionar a maneira como os dispositivos de armazenamento de energia são projetados e fabricados.
A liga à base de zinco e manganês permite substituir os solventes comumente usados como eletrólitos nas baterias por algo muito mais seguro e barato, além de abundante: Água do mar.
Embora as baterias de estado sólido sejam as mais promissoras para substituir as baterias de aparelhos portáteis, há demandas por formas de armazenamento de energia de grande porte, onde um eletrólito líquido não representa problemas.
Por exemplo, a energia renovável - como eólica e solar - pode ser guardada na forma de energia química, em tanques que podem ser ampliados conforme a necessidade; posteriormente, reações químicas adequadas convertem o composto de volta na energia elétrica necessária para alimentar veículos, celulares, laptops e muitos outros dispositivos e máquinas, sem as restrições de intermitência dos ventos e do Sol.
Positivo, negativo e meio de transporte
Uma bateria consiste em dois terminais - o anodo (negativo) e o catodo (positivo), normalmente feitos de materiais diferentes - e um eletrólito, um meio químico que permite o fluxo de carga elétrica - há também separadores adequados entre esses materiais.
Nas conhecidas baterias de íons de lítio, como seu nome sugere, uma carga elétrica é transportada por meio de íons de lítio conforme eles se movem através do eletrólito, indo do anodo para o catodo durante o uso, e de volta durante a recarga.
"Os eletrólitos nas baterias de íons de lítio são normalmente dissolvidos em solventes orgânicos, que são inflamáveis e muitas vezes se decompõem em altas tensões de operação. Portanto, há obviamente preocupações de segurança, incluindo o crescimento de dendritos de lítio na interface eletrodo-eletrólito, que podem causar um curto entre os eletrodos," explica o professor Zhenxing Feng, da Universidade Estadual do Oregon, nos EUA.
Embora a água do mar chame a atenção, o segredo da inovação está em uma liga nanoestrutura de zinco e manganês.
[Imagem: Huajun Tian et al. - 10.1038/s41467-020-20334-6]
Liga nanoestruturada mais água do mar
É por isso que Feng e sua equipe estão propondo uma solução aquosa para a sua bateria, justificando que os eletrólitos aquosos são competitivos em termos de custos, ambientalmente benignos, permitem carregamento rápido e suportam altas densidades de energia.
A solução consiste em uma liga nanoestruturada de zinco e manganês, que forma uma espécie de cerâmica porosa.
"O uso de zinco permite transferir duas vezes mais cargas [elétricas] do que o lítio, melhorando assim a densidade de energia da bateria. O uso da liga com sua nanoestrutura especial não apenas suprime a formação de dendritos, ao controlar a termodinâmica da reação de superfície e a cinética da reação, mas também demonstra uma estabilidade superelevada ao longo de milhares de ciclos sob condições eletroquímicas severas.
"Nós também testamos nossa bateria aquosa usando água do mar, em vez de água desionizada de alta pureza, como eletrólito. Nosso trabalho demonstrou o potencial comercial para a fabricação em larga escala dessas baterias," finalizou Feng.
Bibliografia:
Artigo: Stable, high-performance, dendrite-free, seawater-based aqueous batteries
Autores: Huajun Tian, Zhao Li, Guangxia Feng, Zhenzhong Yang, David Fox, Maoyu Wang, Hua Zhou, Lei Zhai, Akihiro Kushima, Yingge Du, Zhenxing Feng, Xiaonan Shan, Yang Yang
Revista: Nature Communications
Vol.: 12, Article number: 237
DOI: 10.1038/s41467-020-20334-6
