Nova bateria de zinco-ar pode ser alternativa às atuais células de íons de lítio

Nova bateria de zinco-ar pode ser alternativa às atuais células de íons de lítio

Por Gustavo Minari | Editado por Douglas Ciriaco | 20 de Maio de 2021 às 16h30

Os estudos sobre baterias de grafeno, cálcio e alumínio mostram que esses materiais são alternativas viáveis às atuais baterias feitas de íons de lítio. Agora, pesquisadores da Universidade Hanyang, na Coreia do Sul, criaram um novo tipo de células de energia produzidas com zinco-ar (ZABs).

Esse tipo de bateria possui algumas vantagens sobre as células de energia atuais, como estruturas semiabertas exclusivas, densidade energética significativa, eletrodos flexíveis e um eletrólito aquoso. Além disso, o zinco é mais fácil de ser manipulado e mais abundante no meio ambiente.

"Os ZABs anteriores que usavam eletrólitos líquidos falharam por causa da cinética lenta para a redução de oxigênio, reações de evolução e a irreversibilidade do zinco que acompanhava as reações parasitárias em altas temperaturas", afirma o professor Jung-Ho Lee.

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Baterias de zinco-ar podem ser mais compactas que as de íons de lítio (Imagem: Reprodução/Hanyang University

Nova abordagem

Com a nova tecnologia, as chamadas “células bolsa” das baterias de zinco-ar utilizam cobre fosfossulfeto como cátodo, anticongelante de quitosana biocelulósica como eletrólitos condutores superiônicos e zinco padronizado como ânodo.

Em estudos anteriores a equipe do professor Lee conseguiu produzir eletrólitos com alta condutividade iônica em temperatura ambiente, mas eles não funcionavam bem com variações de temperatura muito acentuadas.

Agora, eles adicionaram a quitosana celulósica bacteriana como eletrólito de estado sólido e os resultados superaram as expectativas: “Esses processos melhoraram significativamente as características anticongelamento das baterias, bem como sua resistência ao inchaço. Como resultado, podemos obter um desempenho superior da bateria e uma boa estabilidade mesmo a menos 20 graus Celsius”, explica o professor Lee.

Comparação do desempenho energético entre baterias comerciais e a célula de zinco-ar (Imagens: Reprodução/Hanyang University)

Além disso, a quitosana celulósica consegue proteger a superfície do ânodo da corrosão e de reações colaterais. Essa característica pode gerar ciclos mais longos, com maior retenção de energia, do que em baterias convencionais com eletrólitos aquosos ou em estado sólido.

Baterias do futuro

A indústria espera que as baterias da próxima geração tenham uma densidade de energia superior a 300 Watt-hora por quilograma, além de um custo médio de um dólar (R$ 5,30) por kilowatt-hora e uma capacidade de atingir pelo menos 80% de sua carga total em no máximo 15 minutos.

Segundo os pesquisadores, as baterias de zinco-ar atendem a todos esses requisitos, com densidades de energia que ultrapassam 460 Watt-hora por quilograma. As condutividades registradas pelas baterias de zinco-ar durante os testes de laboratório também foram duas vezes maiores do que as conseguidas com baterias comuns de íons de lítio.

Densidade energética superior das baterias zinco-ar (Imagem:Reprodução/Hanyang University)

“Se forem aplicadas em veículos elétricos, as baterias de zinco-ar podem garantir uma autonomia de quase 1.500 quilômetros por carga, uma capacidade de carregamento de 100% em 15 minutos e uma durabilidade que ultrapassa um milhão de quilômetros”, completa o professor Lee.

Depois de serem testadas no mundo real, as baterias de zinco-ar poderão ser produzidas em escala industrial em alguns anos. Os cientistas esperam que, em um futuro próximo, o zinco se torne uma alternativa viável e um possível substituto para as baterias de íons de lítio.

Fonte: Nature Energy

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