Água e eletrônicos geralmente não se misturam, mas acontece que as baterias poderiam se beneficiar com um pouco de H 2 O.
Ao substituir os eletrólitos químicos perigosos utilizados nas baterias comerciais por água, os cientistas desenvolveram uma “bateria de água” reciclável – e resolveram problemas importantes com a tecnologia emergente, que poderia ser uma alternativa mais segura e ecológica.
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As ‘baterias de água’ são formalmente conhecidas como baterias aquosas de íons metálicos. Esses dispositivos utilizam metais como magnésio ou zinco, que são mais baratos de montar e menos tóxicos do que os materiais usados atualmente em outros tipos de baterias.
As baterias armazenam energia criando um fluxo de elétrons que se move da extremidade positiva da bateria (o cátodo) para a extremidade negativa (o ânodo). Eles gastam energia quando os elétrons fluem na direção oposta. O fluido na bateria existe para transportar elétrons para frente e para trás entre as duas extremidades.
Em uma bateria de água, o fluido eletrolítico é água com alguns sais adicionados, em vez de algo como ácido sulfúrico ou sal de lítio.
Crucialmente, a equipe por trás deste último avanço descobriu uma maneira de evitar o curto-circuito dessas baterias de água. Isso acontece quando pequenos crescimentos metálicos pontiagudos chamados dendritos se formam no ânodo de metal dentro de uma bateria, rompendo os compartimentos da bateria.
Embora seja improvável que a nova tecnologia substitua as baterias de íons de lítio tão cedo, com mais investigação e desenvolvimento, as baterias de água poderão fornecer uma alternativa segura às de íons de lítio dentro de uma década ou mais, diz o autor principal, o cientista químico Tianyi Ma da RMIT, Universidade em Melbourne, Austrália.
As baterias de íons de lítio, encontradas em tudo, desde laptops e telefones até bicicletas e carros elétricos, podem superaquecer e pegar fogo em casos extremos. Isso ocorre porque o lítio é um metal bastante ativo, que fica submerso em um eletrólito orgânico.
Devido a essas preocupações de segurança, os pesquisadores há muito tentam desenvolver baterias que usem materiais diferentes, mas que produzam o mesmo desempenho e tenham longevidade semelhante.
Um grande obstáculo ao uso de baterias aquosas de íons metálicos tem sido o crescimento de dendritos. Para inibir isso, os pesquisadores revestiram o ânodo de zinco da bateria com o metal bismuto, que oxida formando ferrugem. Isso cria uma camada protetora que impede a formação de dendritos.
O recurso também ajuda o protótipo de baterias de água a durar mais, retendo mais de 85% de sua capacidade após 500 ciclos, mostraram os experimentos dos pesquisadores.
De acordo com Royce Kurmelovs do The Guardian, a equipe desenvolveu até agora protótipos à base de água de baterias do tamanho de moedas usadas em relógios, bem como baterias cilíndricas semelhantes às baterias AA ou AAA.
A equipe está trabalhando para melhorar a densidade de energia de suas baterias de água, para torná-las comparáveis às baterias compactas de íons de lítio encontradas em dispositivos de bolso.
O magnésio é o seu material preferido, mais leve que o zinco e com maior densidade de energia potencial. Ma diz que se as baterias de íons de magnésio puderem ser comercializadas, a tecnologia poderá substituir as volumosas baterias de chumbo-ácido dentro de alguns anos.
As baterias de chumbo-ácido têm baixa densidade de energia e são usadas para dar partida em motores de automóveis a gasolina ou diesel e no armazenamento de energia da rede em grande escala. No entanto, como contêm chumbo e ácidos perigosos, não podem ser eliminados e devem ser reciclados em instalações especializadas.
A reciclagem ou reutilização de baterias de íons de lítio é também uma prioridade máxima, dados os aumentos previstos na procura das baterias e dos metais utilizados na sua fabricação, à medida que o mundo eletrifica os seus sistemas energéticos para eliminar gradualmente os combustíveis fósseis e combater as alterações climáticas.
“Abordando os desafios de eliminação no fim da vida útil que os consumidores, a indústria e os governos enfrentam globalmente com a atual tecnologia de armazenamento de energia, as nossas baterias podem ser desmontadas com segurança e os materiais podem ser reutilizados ou reciclados”, diz Ma.
Em termos de aplicações práticas, os pesquisadores conectaram o projeto da bateria a um painel solar e a uma lâmpada solar de 45 watts, que a bateria manteve acesa por 12 horas após um dia de carga. É uma demonstração em pequena escala do potencial das “baterias de água” para serem utilizadas no armazenamento de energia renovável, o que deverá encorajar mais investigação.
O estudo foi publicado em Advanced Materials.
Traduzido de ScienceAlert
