Na batalha das baterias, a tecnologia de íon-lítio é a campeã atual, alimentando aquele celular em seu bolso, bem como um número crescente de veículos elétricos na estrada.

Mas um novo material baseado em manganês e íon sódio desenvolvido na Universidade do Texas em Dallas, em colaboração com a Universidade Nacional de Seul, pode se tornar um candidato, oferecendo um custo potencialmente mais baixo, opção mais ecológica para abastecer dispositivos de última geração e carros elétricos.

O custo da bateria é um problema substancial, disse o Dr. Kyeongjae Cho, professor de ciência de materiais e engenharia na Escola de Engenharia e Ciência da Computação Erik Jonsson e autor sênior de um artigo que descreve o novo material na revista Materiais avançados .

Conforme os fabricantes - e consumidores - pressionam por mais veículos elétricos (EVs), a produção de lítio pode ter dificuldade em acompanhar o aumento da demanda, Disse Cho. De acordo com um relatório recente da Agência Internacional de Energia, o estoque global de carros elétricos ultrapassou 2 milhões de veículos em 2016, depois de cruzar a marca de 1 milhão em 2015. O relatório observa que, dependendo do ambiente de política, há uma boa chance de que varie entre 9 milhões e 20 milhões em 2020 e entre 40 milhões e 70 milhões em 2025.

Em termos de economia de custos na bateria EV, usar sódio seria menos caro porque o sódio é mais abundante, mas tem algumas desvantagens.

"O lítio é mais caro, recurso limitado que deve ser extraído de apenas algumas áreas do globo, "Cho disse." Não há problemas de mineração com o sódio - ele pode ser extraído da água do mar. Infelizmente, embora as baterias de íon de sódio possam ser mais baratas do que as de lítio, o sódio tende a fornecer densidade de energia 20% menor do que o lítio. "

A densidade de energia, ou capacidade de armazenamento de energia, de uma bateria determina o tempo de execução de um dispositivo.

"Usamos nossa experiência anterior e pensamos sobre essas questões - como podemos combinar essas idéias para chegar a algo novo para resolver o problema?" Disse Cho.

Uma bateria consiste em um eletrodo positivo, ou ânodo; um eletrodo negativo, ou cátodo; e um eletrólito no meio. Em uma bateria de íon de lítio padrão, o cátodo é feito de lítio, cobalto, níquel e oxigênio, enquanto o ânodo é feito de grafite, um tipo de carbono. Quando a bateria carrega, Os íons de lítio se movem através do eletrólito até o ânodo e se fixam no carbono. Durante a alta, os íons de lítio voltam para o cátodo e fornecem energia elétrica para o funcionamento dos dispositivos.

"Há vários anos, havia grande esperança no uso de óxido de manganês em cátodos de baterias de íon-lítio para aumentar a capacidade, mas infelizmente, essa combinação se torna instável, "Cho disse.

No design desenvolvido por Cho e seus colegas, sódio substitui a maior parte do lítio no cátodo, e o manganês é usado no lugar dos elementos mais caros e raros, cobalto e níquel.

"Nosso material de íon sódio é mais estável, mas ainda mantém a alta capacidade de energia do lítio, "Cho disse." E acreditamos que isso seja escalonável, que é o ponto principal de nossa pesquisa. Queremos fazer o material de forma que o processo seja compatível com a produção comercial em massa. "

Com base em seus conhecimentos de física e química de outros materiais experimentais, os pesquisadores atacaram o problema com o design racional de materiais. Eles primeiro executaram simulações de computador para determinar a configuração dos átomos que se mostravam mais promissores antes de fazer e testar o material no laboratório.

Cho disse que sua pesquisa não é apenas para encontrar uma bateria melhor. Como a pesquisa foi feita é tão importante e interessante, ele disse.

"Quando Thomas Edison estava tentando desenvolver uma lâmpada, ele tentou milhares de materiais diferentes para o filamento para ver quais funcionavam, "Cho disse." Para resolver problemas de engenharia muito importantes na sociedade hoje, precisamos desenvolver muitos novos materiais - materiais para baterias, materiais de controle de poluição e outros. Edison estava aperfeiçoando um item - a lâmpada - mas temos muito mais necessidades tecnológicas. Não temos tempo para continuar tentando encontrar acidentalmente a solução. "