Uma equipe internacional de pesquisadores liderada pela Universidade de Stanford desenvolveu baterias recarregáveis que podem armazenar até seis vezes mais carga do que as que estão atualmente disponíveis no mercado.
Isso poderia acelerar o uso de baterias recarregáveis e colocar os pesquisadores de bateria um passo mais perto de alcançar dois objetivos principais declarados em seu campo: a criação de uma bateria recarregável de alto desempenho que permitiria que os celulares fossem carregados apenas uma vez por semana em vez de veículos elétricos que pode viajar seis vezes mais longe sem uma recarga.
As novas baterias de cloro e metal alcalino, desenvolvidas por uma equipe de pesquisadores liderada pelo professor de química de Stanford Hongjie Dai e pelo candidato ao doutorado Guanzhou Zhu, depende da conversão química do cloreto de sódio (Na / Cl2) ou cloreto de lítio (Li / Cl2) para cloro.
Quando os elétrons viajam de um lado para o outro de uma bateria recarregável, a recarga reverte a química de volta ao seu estado original para aguardar outro uso. Baterias não recarregáveis não têm essa sorte. Uma vez drenados, sua química não pode ser restaurada.
“Uma bateria recarregável é um pouco como uma cadeira de balanço. Ele inclina em uma direção, mas balança para trás quando você adiciona eletricidade ”, explicou Dai. “O que temos aqui é uma cadeira de balanço alta.”
Descoberta fortuita
O motivo pelo qual ninguém ainda criou uma bateria recarregável de cloro de sódio ou cloro de lítio de alto desempenho é que o cloro é muito reativo e desafiador para ser convertido novamente em cloreto com alta eficiência. Nos poucos casos em que outros conseguiram atingir um certo grau de recarregabilidade, o desempenho da bateria se mostrou fraco.
Na verdade, Dai e Zhu não pretendiam criar uma bateria recarregável de sódio e lítio-cloro, mas apenas melhorar suas tecnologias de bateria existentes usando cloreto de tionila. Este produto químico é um dos principais ingredientes das baterias de cloreto de tionil-lítio, que são um tipo popular de bateria descartável inventada pela primeira vez na década de 1970.
Mas em um de seus primeiros experimentos envolvendo cloro e cloreto de sódio, os pesquisadores de Stanford notaram que a conversão de um produto químico em outro havia se estabilizado, resultando em alguma recarregabilidade. “Não achei que fosse possível”, disse Dai. “Levamos pelo menos um ano para realmente perceber o que estava acontecendo.”
Nos anos seguintes, a equipe elucidou as químicas reversíveis e procurou maneiras de torná-las mais eficientes, experimentando muitos materiais diferentes para o eletrodo positivo da bateria. O grande avanço veio quando eles formaram o eletrodo usando um material de carbono poroso avançado dos colaboradores Professor Yuan-Yao Li e seu aluno Hung-Chun Tai, da Universidade Nacional Chung Cheng de Taiwan. O material de carbono tem uma estrutura de nanosfera preenchida com muitos poros ultra-minúsculos. Na prática, essas esferas ocas agem como uma esponja, absorvendo grandes quantidades de moléculas de cloro sensíveis e armazenando-as para posterior conversão em sal dentro dos microporos.
“A molécula de cloro fica presa e protegida nos minúsculos poros das nanoesferas de carbono quando a bateria é carregada”, explicou Zhu. “Então, quando a bateria precisar ser descarregada ou descarregada, podemos descarregar a bateria e converter o cloro para fazer NaCl - sal de cozinha - e repetir esse processo em muitos ciclos. Podemos pedalar até 200 vezes atualmente e ainda há espaço para melhorias. ”
O resultado é um passo em direção ao anel de latão do design da bateria - alta densidade de energia. Os pesquisadores alcançaram até agora 1,200 miliamperes / hora por grama de material de eletrodo positivo, enquanto a capacidade da bateria comercial de íon-lítio hoje é de até 200 miliamperes / hora por grama. “O nosso tem capacidade pelo menos seis vezes maior”, disse Zhu.
Os pesquisadores imaginam que suas baterias um dia serão usadas em situações em que recargas frequentes não são práticas ou desejáveis, como em satélites ou sensores remotos. Muitos satélites utilizáveis agora estão flutuando em órbita, obsoletos devido às baterias descarregadas. Futuros satélites equipados com baterias recarregáveis de longa duração poderiam ser equipados com carregadores solares, estendendo sua utilidade muitas vezes.
Por enquanto, o protótipo funcional que desenvolveram ainda pode ser adequado para uso em pequenos aparelhos eletrônicos do dia a dia, como aparelhos auditivos ou controles remotos. Para eletrônicos de consumo ou veículos elétricos, muito mais trabalho resta para projetar a estrutura da bateria, aumentar a densidade de energia, dimensionar as baterias e aumentar o número de ciclos.
ELE Times Bureau
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