Baterias modernas alimentam tudo, de carros a telefones celulares, mas eles estão longe de ser perfeitos - eles pegam fogo, eles têm um mau desempenho em climas frios e têm ciclos de vida relativamente curtos, entre outras questões. Agora, pesquisadores da Universidade de Houston descreveram uma nova classe de material que aborda muitas dessas preocupações em Materiais da Natureza .

Os pesquisadores, liderado por Yan Yao, professor associado de engenharia elétrica e da computação, relatam o uso de quinonas - um barato, material abundante em terra e facilmente reciclável - para criar compostos de ânodo estáveis ​​para qualquer bateria recarregável aquosa.

"Este novo material é barato e quimicamente estável em um ambiente tão corrosivo, "disse Yao, que também é investigador principal do Texas Center for Superconductivity at UH, com uma nomeação para o corpo docente de engenharia química e biomolecular. O material também pode ser usado para criar uma "substituição imediata" para os ânodos da bateria atual, permitindo que o novo material seja usado sem alterar as linhas de fabricação de baterias existentes, ele disse.

"Isso pode chegar ao mercado muito mais rápido, " ele disse.

Yao e seu laboratório, incluindo pesquisador associado Yanliang Liang, que serviu como primeiro autor no papel, iniciou o trabalho em 2013, depois de receber US $ 1 milhão do Programa RANGE da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada do Departamento de Energia - Energia (ARPA-E) para desenvolver uma nova tecnologia de bateria. Outros pesquisadores envolvidos no projeto incluem Yan Jing, Saman Gheytani e Kuan-Yi Lee, tudo de UH, Ping Liu, da Universidade da Califórnia-San Diego, e Antonio Faccheti da Northwestern University.

O armazenamento de energia é a chave para uma adoção mais ampla de carros elétricos, energia eólica e solar, junto com outras tecnologias de energia limpa. Mas o desenvolvimento de sistemas de armazenamento de bateria, que seria capaz de armazenar energia até que ela seja necessária e então ser recarregada com geração adicional, tem sido prejudicado pela falta de baterias que atendam a uma variedade de requisitos:ambientalmente amigável, seguro, barato e duradouro.

"Baterias recarregáveis ​​aquosas com eletrólitos à base de água de baixo custo e não inflamáveis ​​são intrinsecamente seguras e ... (fornecem) robustez e vantagens de custo em relação às baterias de íon-lítio concorrentes que usam eletrólitos orgânicos voláteis e são responsáveis ​​por recentes explosões catastróficas, "escreveram os pesquisadores. Mas as baterias recarregáveis ​​aquosas de última geração têm uma vida útil curta, tornando-os inadequados para aplicações onde não é prático substituí-los com frequência.

O obstáculo, Yao disse, tem sido o ânodo, a parte da bateria pela qual a energia flui. Os materiais anódicos existentes são intrinsecamente estruturalmente e quimicamente instáveis, o que significa que a bateria só é eficiente por um período de tempo relativamente curto.

Eles trabalharam com quinonas, um material orgânico abundante em terra que, segundo Yan, custa apenas US $ 2 por quilo, demonstrando os benefícios do material em três formulações.

As diferentes formulações oferecem evidências de que o material é um ânodo eficaz para baterias ácidas e alcalinas, como aqueles usados ​​em um carro, bem como baterias de íons metálicos aquosos emergentes, Disse Liang. Isso significa que o ânodo à base de quinonas funcionará independentemente de qual tecnologia dominar no futuro, ele disse.

O novo material também permite que as baterias funcionem em todas as faixas de temperatura, Liang disse, ao contrário de algumas baterias aquosas convencionais, que são notoriamente resistentes no tempo frio.

Yao disse que os consumidores notariam rapidamente uma diferença importante nessa mudança na tecnologia de bateria existente. "Uma dessas baterias, como uma bateria de carro, pode durar 10 anos, "disse ele. Além de retardar a deterioração das baterias dos veículos e das baterias estacionárias de energia elétrica, também tornaria o descarte da bateria mais fácil porque o material não contém metais pesados.

Os pesquisadores pediram três patentes para a tecnologia e esperam encontrar parceiros para comercializar a tecnologia.