Baterias de cálcio podem ser a fonte de energia do futuro

Por Gustavo Minari | Editado por Douglas Ciriaco | 08 de Abril de 2021 às 17h25

As baterias de íons de lítio revolucionaram a indústria de aparelhos eletrônicos. Elas são pequenas, têm uma vida útil razoável e não ficam “viciadas” como as irmãs mais velhas, como as de níquel-cádmio. Mas o aumento da demanda requer células energéticas mais eficientes, baratas e fáceis de encontrar na naturez — e é aí que entram as baterias de cálcio.

Cientistas da Universidade de Tohoku, no Japão, criaram um novo eletrólito de cálcio livre de flúor capaz de produzir baterias recarregáveis à base de cálcio, que podem ser mais sustentáveis e seguras do que os modelos atuais feitos de lítio.

Segundo os pesquisadores, o novo material foi obtido ao se coordenar a estrutura do cátion de cálcio com um ânion mais fraco, além da utilização de outros solventes. Os resultados mostraram um desempenho eletroquímico melhor, com alta condutividade e estabilidade.

Cálcio x Lítio

As baterias feitas atualmente com íons de lítio possuem algumas desvantagens em relação ao cálcio. Uma delas é a escassez já que o lítio não é um elemento químico abundante na natureza. O cálcio, por sua vez, é o quinto figurante da tabela periódica que mais aparece na crosta terrestre.

Além disso, o ânodo de metal das baterias de cálcio tem baixo potencial de redução (-2,87 volts) e uma capacidade volumétrica de 2.072 mAh por centímetro cúbico. Traduzindo, as baterias de cálcio podem ser mais econômicas e ter um desempenho melhor do que as baterias feitas com íons de lítio.

Em uma bateria de lítio convencional, os íons fluem do cátodo para o ânodo e este fluxo fornece energia para nossos aparelhos, como telefones celulares e tablets. Quando colocamos o smartphone para carregar, o fluxo é invertido. Nas baterias feitas à base de cálcio, o processo é parecido, porém mais eficaz, e essa diferença de eficiência ocorre principalmente por causa da propriedades químicas do cálcio — ele conduz melhor a eletricidade que sai da tomada.

Bateria de cálcio com cluster de hidrogênio (Imagem: Reprodução/Tohoku University)

Já é possível trocar?

Usando os eletrólitos disponíveis até agora, era impossível carregar baterias de cálcio em temperatura ambiente. A equipe liderada pelos professores Kazuaki Kisu e Shin-ichi Orimo utilizou o ânion de um cluster de hidrogênio com alta estabilidade redutiva e oxidativa que obteve resultados muito melhores comparados aos ânodos de metal, sódio e magnésio.

"Um projeto que incorpora um cluster de hidrogênio em um eletrólito de cálcio ainda não foi proposto. Ficamos satisfeitos que isso funcionou bem para a criação de uma bateria cálcio", disse o professor Kisu.

O material resultante dessa união com o hidrogênio conduz íons com eficiência em uma tensão mais alta do que outros eletrólitos sozinhos à base de cálcio. Segundo os pesquisadores, isso facilitará a fabricação dos primeiros protótipos de baterias de cálcio em um futuro próximo.

"A descoberta dos eletrólitos de cálcio é apenas o primeiro passo. Esperamos que o desenvolvimento dessa tecnologia crie oportunidades para a fabricação em massa de baterias mais eficientes com baixo custo econômico e ambiental”, afirmou o professor Kisu.

A era das baterias de íons de lítio está no fim? Ainda não, mas os cientistas não querem esperar que a matéria-prima acabe para começar a busca por um substituto à altura, seja ele qual for.

Como você acha que será a bateria do futuro? As alternativas de alumínio e cálcio que surgiram recentemente têm saída chance de vingar? Comente.

Fonte: Tohoku University

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