Um novo material condutor e um novo material de eletrodo podem abrir caminho para baterias baratas e, portanto, para o armazenamento em larga escala de energia renovável.

A transição energética depende de tecnologias que permitem o armazenamento temporário barato de eletricidade de fontes renováveis. Um novo candidato promissor são as baterias de alumínio, que são feitos de matérias-primas baratas e abundantes.

Cientistas da ETH Zurique e Empa, liderado por Maksym Kovalenko, Professor de Materiais Inorgânicos Funcionais, estão entre os envolvidos na pesquisa e no desenvolvimento de baterias desse tipo. Os pesquisadores identificaram agora dois novos materiais que podem trazer avanços importantes no desenvolvimento de baterias de alumínio. O primeiro é um material resistente à corrosão para as partes condutoras da bateria; o segundo é um novo material para o pólo positivo da bateria que pode ser adaptado a uma ampla gama de requisitos técnicos.

À medida que o fluido eletrolítico nas baterias de alumínio corrói o aço inoxidável, ouro e platina, os cientistas estão procurando materiais resistentes à corrosão para as partes condutoras dessas baterias. Nitreto de titânio, um material cerâmico que exibe condutividade suficientemente alta, é um tal condutor. "Este composto é feito de elementos altamente abundantes de titânio e nitrogênio, e é fácil de fabricar, "explica Kovalenko.

Os cientistas fizeram com sucesso em laboratório baterias de alumínio com peças condutoras feitas de nitreto de titânio. O material pode ser facilmente produzido na forma de filmes finos, também como um revestimento sobre outros materiais, como folhas de polímero. Kovalenko acredita que também seria possível fabricar os condutores de um metal convencional e revesti-los com nitreto de titânio, ou mesmo para imprimir trilhas de nitreto de titânio condutivo em plástico. “As aplicações potenciais do nitreto de titânio não se limitam às baterias de alumínio. O material também pode ser usado em outros tipos de baterias; por exemplo, naqueles à base de magnésio ou sódio, ou em baterias de íon de lítio de alta tensão, "diz Kovalenko.

O segundo novo material pode ser usado para o eletrodo positivo (pólo) de baterias de alumínio. Considerando que o eletrodo negativo nessas baterias é feito de alumínio, o eletrodo positivo geralmente é feito de grafite. Agora, Kovalenko e sua equipe encontraram um novo material que rivaliza com o grafite em termos de quantidade de energia que uma bateria é capaz de armazenar. O material em questão é polipireno, um hidrocarboneto com uma estrutura molecular semelhante a uma cadeia (polimérica). Em experimentos, amostras do material - particularmente aquelas em que as cadeias moleculares se congregam de maneira desordenada - mostraram-se ideais. "Resta muito espaço entre as cadeias moleculares. Isso permite que os íons relativamente grandes do fluido eletrolítico penetrem e carreguem o material do eletrodo facilmente, "Kovalenko explica.

Uma das vantagens dos eletrodos contendo polipireno é que os cientistas são capazes de influenciar suas propriedades, como a porosidade. O material pode, portanto, ser adaptado perfeitamente à aplicação específica. "Em contraste, o grafite usado atualmente é um mineral. Do ponto de vista da engenharia química, não pode ser modificado, "diz Kovalenko.

Como o nitreto de titânio e o polipireno são materiais flexíveis, os pesquisadores acreditam que eles são adequados para uso em "células de bolsa" (baterias fechadas em um filme flexível).

Baterias para a transição de energia

Uma quantidade crescente de eletricidade é gerada a partir da energia solar e eólica. Contudo, já que a eletricidade é necessária mesmo quando o sol não está brilhando e o vento não está soprando, novas tecnologias serão necessárias, como novos tipos de baterias, para armazenar essa eletricidade de maneira econômica. Embora as baterias de íon de lítio existentes sejam ideais para eletromobilidade devido ao seu baixo peso, eles também são bastante caros e, portanto, inadequados para economia em larga escala, armazenamento estacionário de energia.

Além disso, o lítio é um metal relativamente raro e difícil de extrair - ao contrário do alumínio, magnésio ou sódio. Baterias baseadas em um dos últimos três elementos são, portanto, vistas como uma opção promissora para armazenamento de energia estacionária no futuro. Contudo, essas baterias ainda estão em fase de pesquisa e ainda não entraram no uso industrial.