Baterias de sódio e potássio feitas de celulose e gelo são apostas para o futuro

Pesquisadores da Universidade de Bristol, na Inglaterra, desenvolveram um novo tipo de bateria de íons de sódio e potássio que pode substituir as células de lítio no futuro. Eles criaram uma estratégia de modelagem à base de gelo e celulose que promete tornar a produção dessa modalidade de armazenamento de energia mais sustentável e menos agressiva ao meio ambiente.

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Tentativas anteriores não tiveram um desempenho satisfatório devido ao tamanho maior dos íons de sódio e potássio, que não conseguem se mover com eficiência através dos eletrodos porosos de carbono utilizados na fabricação de baterias convencionais, diminuindo sua capacidade de recarga com o passar do tempo.

“Outro problema associado a essas baterias é que elas não podem ser facilmente descartadas no fim de sua vida útil, pois usam materiais que não são sustentáveis. Além disso, o custo de produção é um fator a ser levado em conta já que o objetivo é fornecer fontes mais baratas para armazenar energia”, explica o professor de engenharia de materiais Steve Eichhorn, coautor do estudo.

Gelo e celulose

Para contornar esses problemas, os cientistas fabricaram novos materiais para os eletrodos de carbono baseados em um sistema de modelagem de gelo. Esses aerogéis possuem nanocristais de celulose que formam uma estrutura porosa usando cristais de gelo sublimados.

Com essa abordagem, eles conseguiram criar grandes canais dentro da estrutura do dispositivo que podem transportar os íons maiores de sódio e potássio sem causar perda significativa em sua capacidade de reter energia, mesmo depois de aproximadamente dois mil ciclos de carga e descarga.

“Nós propusemos uma nova estratégia controlável de modelagem de gelo para fabricar nanocristais de celulose de baixo custo. Esses aerogéis de carbono, derivados de óxido de polietileno, possuem canais hierarquicamente adaptados e alinhados verticalmente, podendo ser ajustados conforme a necessidade”, acrescenta o estudante de engenharia dos materiais Jing Wang, autor principal do estudo.

Desempenho animador

Os aerogéis de carbono alinhados verticalmente e dopados com oxigênio em canais hierarquicamente adaptados podem ser sintetizados como ânodos mais eficientes, com capacidade reversível de aproximadamente 300 mAh por grama de material e uma retenção de energia superior a 83% em condições normais de uso.

Segundo os pesquisadores, o desempenho dessas novas baterias de íons de sódio e potássio supera muitos outros sistemas que usam materiais de origem sustentável na tentativa de substituir as células de íons de lítio. Outra vantagem, é que essa tecnologia pode ser aplicada na fabricação da próxima geração de baterias em escala industrial.

“Esperamos que essa descoberta possa ser facilmente estendida a uma variedade de outros sistemas de retenção de energia, como zinco, cálcio, alumínio e magnésio, podendo ser utilizada na produção de veículos elétricos mais sustentáveis e em redes de armazenamento mais eficientes no futuro”, encerra o professor Steve Eichhorn.

Fonte: University of Bristol