Cientistas apoiados pelo SNSF produziram novos eletrólitos para baterias recarregáveis de sódio e magnésio. O objetivo do grupo de pesquisa era desenvolver alternativas à tecnologia de íons de lítio.
Um projeto apoiado pela Swiss National Science Foundation (SNSF) visa encontrar novos materiais que possam ser usados em baterias recarregáveis e, eventualmente, fornecer alternativas para as baterias de lítio atuais. As baterias de lítio têm várias desvantagens, como a disponibilidade limitada da própria matéria-prima, bem como as inúmeras questões de segurança, que estão principalmente associados ao uso de um composto líquido inflamável. Este problema foi exemplificado pela recorrência de telefones celulares explosivos.
A pesquisa recente liderada por Arndt Remhof dos Laboratórios Federais Suíços de Ciência e Tecnologia de Materiais, Empa, demonstra o potencial do sódio e do magnésio no desenvolvimento de tecnologias alternativas baseadas exclusivamente em elementos sólidos. Sua equipe produziu componentes experimentais de bateria com base nesses metais.
Mudando o material
Pesquisadores suíços desenvolveram células de bateria de estado sólido usando um composto sólido (em oposição às células que são baseadas em um eletrólito líquido), cujo design representa um problema técnico significativo. Íons - sejam eles de lítio, sódio ou magnésio - deve ser permitido mover através de um meio sólido. Movendo-se de um pólo para o outro dentro da bateria, íons (carga positiva) facilitam o deslocamento de elétrons (carga negativa) e, portanto, a descarga de uma corrente elétrica através de um circuito externo.
Para facilitar o deslocamento de íons, os pesquisadores desenvolveram eletrólitos sólidos com estrutura cristalina. Ao substituir o lítio por sódio ou magnésio, A equipe de Arndt Remhof teve que revisar completamente sua arquitetura cristalina e usar novos componentes e processos de fabricação.
"Gosto sempre de comparar o nosso trabalho ao de um treinador de futebol", diz Arndt Remhof. "Você pode reunir os melhores elementos, mas se você não otimizar as configurações, não obterá bons resultados! "
Sódio:um material barato
A equipe de Arndt Remhof desenvolveu um eletrólito sólido que facilita a boa mobilidade dos íons de sódio a 20 graus. Este último ponto é crucial:os íons requerem uma fonte de calor para se mover, e induzir uma reação à temperatura ambiente representa um desafio técnico. O eletrólito também não é inflamável e é quimicamente estável até 300 graus, que aborda as várias questões de segurança associadas às baterias de íon de lítio. A equipe de Hans Hagemann na Universidade de Genebra tem trabalhado em paralelo para desenvolver tecnologia mais barata para a produção desse novo eletrólito sólido.
Ao contrário do lítio, existem enormes reservas de sódio:é um dos dois componentes do sal de cozinha. "Disponibilidade é o nosso principal argumento", afirma Léo Duchêne da Empa e primeiro autor do artigo de pesquisa. "Contudo, ele armazena menos energia do que a massa equivalente de lítio e, portanto, pode ser uma boa solução se o tamanho da bateria não for um fator para sua aplicação. "
Magnésio:o material perfeito, mas complexo
A mesma equipe também desenvolveu um eletrólito sólido à base de magnésio. Até agora, muito pouca pesquisa havia sido feita neste campo. O fato de ser muito mais difícil colocar esse elemento em movimento não significa que seja menos atraente:está disponível em abundância, é luz, e não há risco de explodir. Mas mais importante, um íon de magnésio tem duas cargas positivas, enquanto o lítio tem apenas um. Essencialmente, isso significa que ele armazena quase o dobro de energia no mesmo volume.
Alguns eletrólitos experimentais já foram usados para estimular a movimentação de íons de magnésio, mas a temperaturas superiores a 400 graus. Os eletrólitos usados pelos cientistas suíços já registraram condutividades semelhantes a 70 graus. "Esta é uma pesquisa pioneira e uma prova de conceito, "diz Elsa Roedern da Empa, quem conduziu os experimentos. “Ainda estamos muito longe de ter um protótipo completo e funcional, mas demos o primeiro passo importante para alcançar nosso objetivo. "
O projeto Novos Condutores Iônicos reúne pesquisadores da Empa, a Universidade de Genebra, o Instituto Paul Scherrer e o Instituto Henryk Niewodniczanski de Física Nuclear na Polônia. Foi financiado pela Swiss National Science Foundation desde 2015 como parte do programa Sinergia, que apóia a pesquisa colaborativa e interdisciplinar. "O que conseguimos alcançar em menos de dois anos é extraordinário!" diz Arndt Remhof.
