Grandes diferenças em capacidades de armazenamento encontradas em baterias à base de água em um projeto financiado pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos e pela National Science Foundation. Com essa descoberta, é possível atingir baterias sem lítio em breve.
Cientistas da Universidade A&M , no Texas, descobriram uma diferença de 1000% na capacidade de armazenamento de eletrodos de baterias à base de água e sem metal. Essas baterias são únicas em comparação com as baterias de íon-lítio.
Cientistas querem focar em hastes desse tipo de bateria para ganhar maior controle sobre cadeias de suprimentos domésticas. Incêndios potenciais podem ser evitados com essas baterias, pois elas têm química mais segura.
Segundo o professor Lutkenhaus, as baterias aquosas possuem um eletrodo, um ânodo e um cátodo. Cátodos e ânodos são polímeros e armazenam energia. Os eletrólitos são misturados com água juntamente com sais orgânicos.
Ele interage com os eletrodos e é fundamental para o armazenamento de energia e a condução iônica. Polímeros não conjugados, radicais e redox-ativos são os melhores candidatos para baterias aquosas sem metal . Os polímeros apresentam cinética redox rápida e alta tensão de descarga. Isso torna a reação complexa e difícil.
A professora de engenharia química Dra. Jodie Lutkenhaus afirmou: "Não haveria mais incêndios em baterias, pois elas são à base de água. No futuro, se a escassez de materiais se confirmar, o preço das baterias de íon-lítio aumentará consideravelmente."
Se tivermos essa bateria alternativa, podemos recorrer a essa química, cujo fornecimento é muito mais estável porque podemos fabricá-la aqui nos Estados Unidos, e os materiais para fazê-la estão aqui.
"Se um eletrodo inchar demais durante os ciclos de carga e descarga, ele não conduzirá elétrons adequadamente e todo o desempenho será perdido", disse ela. "Acredito que haja uma diferença de 1,000% na capacidade de armazenamento de energia, dependendo da escolha do eletrólito, devido aos efeitos do inchaço."
Outros pesquisadores do projeto mencionaram: "Demonstramos a natureza da reação redox examinando eletrólitos aquosos de caráter caótico/cosmotrópico variável, utilizando uma microbalança eletroquímica de cristal de quartzo com monitoramento de dissipação em diversas escalas de tempo."
Para verificar se o cátodo da bateria funciona melhor na presença de certos sais, os pesquisadores observaram o processo macroscopicamente . Eles mediram a quantidade exata de água e sal que entra na bateria durante seu funcionamento.
O Dr. Daniel Tabor , professor assistente de química, disse: "A teoria e a experimentação frequentemente trabalham em estreita colaboração para entendermos esses materiais. Uma das novidades que fazemos computacionalmente neste artigo é carregar o eletrodo em múltiplos estados de carga e observar como o ambiente reage a essa carga."
Fizemos isso para explicar o que foi observado experimentalmente. Com essa nova tecnologia de armazenamento de energia, isso é um avanço para baterias sem lítio.
Temos uma melhor imagem em nível molecular do que faz com que alguns eletrodos de bateria funcionem melhor do que outros, e isso nos dá fortes evidências de onde avançar no design de materiais.
A descoberta de grandes diferenças nas capacidades de armazenamento encontradas em baterias à base de água é um ponto de virada. Em breve poderemos ter baterias sem lítio.
Fonte: Nature Materials
