Novo tipo de bateria pode carregar 10 vezes mais rápido do que os modelos de íon-lítio

0
77
(Créditos: emilm/Getty Images)

Traduzido por Julio Batista
Original de Peter Dockrill para o ScienceAlert

As baterias recarregáveis ​​de íon-lítio estão basicamente em todos os lugares, alimentando de tudo, de smartphones a notebooks, fones de ouvido a dispositivos de jogos e muito mais.

Mas, embora a conveniência dessa onipresente (e ganhadora do Prêmio Nobel) química da bateria tenha mudado radicalmente a maneira como usamos e carregamos a tecnologia portátil, o íon-lítio está longe de ser perfeito.

O desempenho das baterias íon-lítio se degrada com o tempo e, às vezes, as falhas nas células da bateria podem levar ao superaquecimento e riscos de incêndio perigosos – com as empresas às vezes tendo que fazer recalls urgentes para produtos que podem explodir a qualquer momento.

E como qualquer pessoa que possui um smartphone, tablet ou laptop pode atestar, carregar baterias íon-lítio pode ser um processo lento e demorado. Nesse aspecto, os cientistas têm boas notícias para relatar.

Pesquisadores na Rússia desenvolveram um novo tipo de tecnologia de bateria que, segundo eles, pode carregar aproximadamente 10 vezes mais rápido do que as baterias íon-lítio existentes – uma aceleração que poderia oferecer enormes vantagens de economia de tempo se fosse implementada em dispositivos do dia-a-dia.

“Uma bateria fabricada com nosso polímero carrega em segundos – cerca de 10 vezes mais rápido do que uma bateria íon-lítio tradicional”, disse o pesquisador de eletroquímica Oleg Levin da Universidade de São Petersburgo. “Isso já foi demonstrado por meio de uma série de experimentos.”

A chave para as novas baterias é uma espécie de polímero redox (oxiderredutor) à base de nitroxil, um material que pode sofrer oxidação reversível (perda de elétrons) e oxirredução (ganho de elétrons) quando descarrega e carrega.

Neste caso, o polímero redox usado é uma forma sintetizada de NiSalen (níquel-salen), um metalopolímero contentor de metal, no qual cadeias de átomos de níquel e salen atuam como fios moleculares para aumentar a condutividade eletrônica, que é uma limitação das baterias de polímeros à base de nitroxil.

“Em polímeros à base nitroxil, a única via de transporte de carga é o salto de elétrons entre polos redox adjacentes, que é algo rápido na escala microscópica”, explicam os pesquisadores em seu estudo.

“Apesar disso, a condutividade eletrônica macroscópica do material à base de nitroxil parece ser muito baixa.”

Nos testes, os pesquisadores exploraram vários tipos de polímeros diferentes, mas a química do NiSalen foi o único dispositivo que se mostrou estável e eficiente, graças à maneira como as estruturas de níquel e salen funcionavam como uma rede de transporte condutora. As estruturas agiam simultaneamente como um coletor de carga para pendentes de nitroxil, ao mesmo tempo que sustentavam a capacidade redox da substância.

O dispositivo também funciona bem em baixas temperaturas, o que não é algo que se pode dizer das baterias íon-lítio sensíveis à temperatura. Mas isso não quer dizer que o rápido NiSalen seja necessariamente perfeito em todas as áreas.

“Neste estágio, ainda está atrasado em termos de capacidade – 30 a 40 por cento menor do que as baterias íon-lítio”, disse Levin.

“Atualmente, estamos trabalhando para melhorar este indicador enquanto mantemos a taxa de carga e descarga.”

Teoricamente, os polímeros à base de nitroxil devem, em última análise, oferecer um bom potencial capacitivo, então pode ser apenas uma questão de tempo antes que a equipe descubra como ajustar a bateria para que ela ofereça um bom espaço de carga além de uma condutividade atrativa.

Temos esperanças porque, além dos ganhos de carga, existem outras vantagens significativas que esse tipo de bateria também pode oferecer.

“É seguro usar – não há nada que possa representar um risco de combustão, ao contrário das baterias de cobalto [incluindo baterias íon-lítio] que são amplamente difundidas hoje”, disse Levin.

“Ela também contém significativamente menos metais que podem causar danos ambientais. O níquel está presente em nosso polímero em uma pequena quantidade, mas há muito menos do que nas baterias íon-lítio.”

As descobertas são relatadas em Batteries and Supercaps.