Cientistas do Monash Energy Institute desenvolveram uma alternativa mais duradoura, mais leve e ecologicamente responsável às baterias convencionais de íon-lítio.
Ao empregar um aditivo à base de glicose no eletrodo positivo, a equipe conseguiu estabilizar a tecnologia da bateria de lítio-enxofre, que há muito é anunciada como a base para a próxima geração de baterias.
Esses tipos de baterias seriam ideais para uso em veículos elétricos, submarinos e aeronaves. A equipe publicou suas descobertas na revista científica Nature Communications.
O que torna o enxofre um componente tão promissor para baterias?
O principal problema com as baterias de íon-lítio é que os elementos de terras raras, níquel e cobalto são necessários para produzir seus eletrodos positivos. No entanto, a reserva desses metais é limitada. Os membros do setor previram mesmo uma grave escassez desses materiais essenciais em um futuro não muito distante. Além disso, minerá-los frequentemente acarreta um alto custo social e ambiental.
O enxofre, por outro lado, é razoavelmente abundante e barato. As mineradoras geram cerca de 70 milhões de toneladas de enxofre a cada ano, tornando-o o 16º elemento mais abundante do planeta. Se quisermos que as baterias sejam amplamente utilizadas, isso é um excelente componente.
Finalmente, as baterias de lítio-enxofre dependem de um tipo diferente de reação química que lhes dá a capacidade de armazenar muito mais energia em comparação com as baterias de íon-lítio.
O problema com baterias de lítio-enxofre
Conforme mencionado, as baterias de lítio-enxofre deveriam, em teoria, ser capazes de armazenar até cinco vezes mais energia do que as baterias de íon-lítio com o mesmo peso. No entanto, o principal problema com as baterias à base de lítio-enxofre é que os eletrodos se degradam muito rapidamente com o uso, após o que as baterias falham.
Existem duas causas para essa rápida degradação; primeiro, o eletrodo de enxofre positivo é enfraquecido por expansão e contração significativas, tornando-o inacessível ao lítio. Em segundo lugar, os eletrodos de lítio negativos ficaram poluídos por compostos de enxofre.
Como o açúcar pode ser usado para melhorar as baterias de lítio-enxofre
Os pesquisadores da Monash provaram no ano passado que poderiam expandir a estrutura do eletrodo de enxofre para permitir a expansão e torná-lo mais acessível ao lítio. Além disso, eles agora estabilizaram o enxofre integrando o açúcar no design em forma de teia do eletrodo, evitando que ele migre e cubra o eletrodo de lítio.
Yingyi e seus colegas se inspiraram em um relatório geoquímico de 1988 que detalha como os materiais à base de açúcar resistem à degradação em sedimentos geológicos, criando fortes ligações com sulfetos.
Os protótipos de células de teste da equipe demonstraram ser capazes de sobreviver a pelo menos 1000 ciclos de carga e descarga, mantendo uma capacidade muito maior do que as baterias de íon de lítio do mesmo peso. 1000 ciclos de carga / descarga seriam mais do que suficientes para uso em veículos EV. Dobrar conservadoramente o alcance de um veículo médio de íon-lítio e carregá-lo 1000 vezes significaria uma vida útil de bem mais de meio milhão de quilômetros.
De acordo com Yingyi Huang, primeiro autor do estudo, a nova tecnologia tem dois benefícios principais. Em primeiro lugar, os carregadores duram mais, estendendo a vida útil da bateria e, em segundo lugar, a produção das baterias não requer materiais raros, perigosos ou caros, o que significa que os custos provavelmente serão muito mais baixos.
Dr. Mahdokt Shaibani, o segundo autor do estudo, acrescentou que, embora muitos dos problemas relacionados ao cátodo tenham sido resolvidos pela equipe de pesquisa, mais pesquisas são necessárias para encontrar uma maneira de proteger o ânodo de metal de lítio para permitir grandes escala de adoção desta tecnologia. No entanto, Shaibani acha que a solução pode estar ‘logo ali’.
Futuras aplicações de baterias de Lítio-Enxofre
Os pesquisadores estimam que levaria menos de uma década para que pudéssemos ver caminhões elétricos e ônibus capazes de fazer viagens extensas de 900 quilômetros (560 milhas) ou mais sem a necessidade de uma única carga.
Além disso, a nova tecnologia de bateria também pode ser útil para o desenvolvimento de novos casos de uso, como drones agrícolas e de entrega, visto que o peso é um fator essencial para esses tipos de veículos aéreos não tripulados.
Em suma, parece que algum otimismo sobre essas melhorias recentemente apresentadas para a tecnologia de bateria de lítio-enxofre é justificado. Se essas ideias finalmente se concretizarem na vida real, isso resolveria a maioria dos problemas restantes com os veículos elétricos atuais e abriria o caminho para novos casos de uso, como aeronaves elétricas.
Como sempre, iremos mantê-lo atualizado sobre este tópico.
Publicado em 26/09/2021 00h58
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