Baterias de sódio podem ser menores e mais eficientes que células de lítio

As baterias de íons de lítio, usadas na maioria dos equipamentos eletrônicos, representam o que há de melhor em termos de densidade, capacidade energética e custo de produção em grande escala. Mas agora, pesquisadores da Universidade de Washington, nos EUA, desenvolveram uma bateria de íons de sódio mais eficiente, barata e menor do que a célula de lítio.

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Para reduzir o tamanho das baterias de íons de sódio, os cientistas conseguiram eliminar o ânodo dessas células de energia. "Descobrimos que o mínimo é o máximo. Nenhum ânodo é o melhor ânodo que podemos ter", diz o professor Peng Bai.

Tradicionalmente, as baterias de lítio possuem um cátodo e um ânodo que armazenam os íons. Outro elemento mantém os eletrodos separados, cada um do seu lado, enquanto o eletrólito é o líquido por onde os íons podem se mover. Quando o lítio vai do ânodo para o cátodo, os elétrons livres saem do coletor de energia e vão para o dispositivo que está sendo alimentado.

No conceito proposto pelo professor Bai, o lítio é substituído pelo sódio e o ânodo deixa de ser necessário. "Usamos química antiga. Mas antes, ninguém havia mostrado que essa bateria sem ânodo poderia ter uma vida útil razoável”, explica o professor.

Problema resolvido

Baterias sem ânodo tendem a ser instáveis, gerando dendritos que podem causar curto-circuito ou degradar rapidamente. Com essa nova abordagem, em vez do ânodo, os cientistas usaram uma fina camada de folha de cobre como coletor de corrente, transformando os íons em metal.

Nos testes feitos em laboratório, os pesquisadores notaram que os íons se espalham sobre a folha de cobre e depois se dissolvem quando retornam ao cátodo. "Em nossa descoberta, não há dendritos. O depósito é liso, com brilho metálico e isso nunca foi observado para esse tipo de metal alcalino", afirma o professor Bingyuan Ma.

O segredo está na água

Como os metais alcalinos normalmente reagem com a água, os pesquisadores resolveram reduzir a quantidade do líquido para estabilizar o eletrólito. Ao observar a bateria funcionando, eles perceberam depósitos brilhantes e lisos de sódio e essa lisura do material foi capaz de eliminar as irregularidades que causam o crescimento dos dendritos.

"O conteúdo de água deve ser inferior a 10 partes por milhão. Com isso, é possível criar uma bateria funcional que é semelhante em desempenho a uma bateria de íon de lítio padrão, mas ocupa muito menos espaço por causa da falta de um ânodo” completa o professor Ma.

Outras tentativas

Em 2020, pesquisadores da Universidade Estadual de Washington desenvolveram uma bateria de íons de sódio, capaz de reter 80% de sua carga após mil ciclos de uso. A equipe criou um cátodo de óxido de metal em camadas e um eletrólito líquido que incluía íons extras de sódio, o que gerou uma melhor interação com o cátodo. Seu design de cátodo e sistema de eletrólitos permitiram o movimento contínuo de íons sódio, impedindo o acúmulo de cristais inativos na superfície e garantindo a geração de eletricidade.

No início deste ano, 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.

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.

Agora, com a eliminação total do ânodo, a equipe do professor Peng Bai espera ter encontrado uma solução mais viável para a substituição do lítio. “Verifique seu telefone celular. Seu carro elétrico. Um quarto do custo desses itens vem da bateria. Com as células de sódio, elemento facilmente encontrado na natureza, será possível reduzir consideravelmente os valores gastos com o armazenamento de energia”, conclui o professor Bai.

Fonte: Washington University