As baterias de íon de sódio de estado sólido são muito mais seguras do que as baterias de íon de lítio convencionais, que representam um risco de incêndio e explosões, mas seu desempenho tem sido muito fraco para compensar as vantagens de segurança. Na sexta-feira, os pesquisadores relataram o desenvolvimento de um cátodo orgânico que melhora drasticamente a estabilidade e a densidade de energia.

O melhor desempenho, relatado no jornal Joule , está relacionado a duas descobertas principais:

• A interface resistiva entre o eletrólito e o cátodo que comumente se forma durante o ciclo pode ser revertida, estendendo o ciclo de vida, e
• A flexibilidade do cátodo orgânico permitiu-lhe manter contato íntimo na interface com o eletrólito sólido, mesmo quando o cátodo se expandiu e se contraiu durante o ciclo.

Yan Yao, professor associado de engenharia elétrica e da computação na Universidade de Houston e autor correspondente do artigo, disse que o cátodo orgânico - conhecido como PTO, para pireno-4, 5, 9, 10-tetraone - oferece vantagens exclusivas sobre os cátodos inorgânicos anteriores. Mas ele disse que os princípios básicos são igualmente significativos.

"Descobrimos pela primeira vez que a interface resistiva que se forma entre o cátodo e o eletrólito pode ser revertida, "Yao disse." Isso pode contribuir para a estabilidade e um ciclo de vida mais longo. "Yao também é o investigador principal do Texas Center for Superconductivity em UH. Seu grupo de pesquisa se concentra em materiais orgânicos sustentáveis ​​e verdes para geração e armazenamento de energia.

Yanliang "Leonard" Liang, um professor assistente de pesquisa no Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da UH, disse que a reversibilidade da interface é a chave, permitindo que a bateria de estado sólido alcance uma densidade de energia mais alta sem sacrificar o ciclo de vida. Normalmente, a capacidade de uma bateria de estado sólido de armazenar energia é interrompida quando a interface de eletrólito de cátodo resistivo se forma; reverter essa resistência permite que a densidade de energia permaneça alta durante o ciclismo, ele disse.

As baterias de íon-lítio com seus eletrólitos líquidos são capazes de armazenar quantidades relativamente altas de energia e são comumente usadas para alimentar as ferramentas da vida moderna, de telefones celulares a aparelhos auditivos. Mas o risco de incêndio e explosão aumentou o interesse por outros tipos de baterias, e uma bateria de íon de sódio de estado sólido oferece a promessa de maior segurança a um custo menor.

Xiaowei Chi, um pesquisador de pós-doutorado no grupo de Yao, disse que um dos principais desafios foi encontrar um eletrólito sólido que seja tão condutor quanto os eletrólitos líquidos usados ​​nas baterias de íon-lítio. Agora que eletrólitos sólidos suficientemente condutores estão disponíveis, um desafio remanescente tem sido as interfaces sólidas.

Uma questão levantada por um eletrólito sólido:o eletrólito se esforça para manter contato íntimo com um cátodo rígido tradicional à medida que este se expande e se contrai durante o ciclo da bateria. Fang Hao, um Ph.D. estudante trabalhando no grupo de Yao, disse que o cátodo orgânico é mais flexível e, portanto, capaz de permanecer em contato com a interface, melhorando a vida de ciclismo. Os pesquisadores disseram que o contato permaneceu estável por pelo menos 200 ciclos.

"Se você tiver contato confiável entre o eletrodo e o eletrólito, você terá uma grande chance de criar uma bateria de estado sólido de alto desempenho, "Hao disse.