Pesquisadores da Universidade de Maryland (UMD) e do Laboratório de Pesquisa do Exército dos EUA (ARL) deram um passo crítico no caminho para baterias de alta energia, melhorando sua bateria de água no sal com um novo tipo de transformação química do cátodo que cria uma camada de sal sólida reversível, um fenômeno ainda desconhecido no campo das baterias à base de água.

Com base em suas descobertas anteriores dos eletrólitos de água no sal relatadas em Ciência em 2015, os pesquisadores adicionaram um novo cátodo. Este novo material de cátodo, faltando metal de transição, opera a um potencial médio de 4,2 volts com excelente estabilidade de ciclo, e oferece uma densidade de energia comparável sem precedentes, ou talvez mais alto do que, baterias de íon-lítio não aquosas. Os autores relatam seu trabalho em 9 de maio na revista Natureza .

"A pesquisa da Universidade de Maryland e da ARL produziu a química de bateria nova mais criativa que já vi em pelo menos 10 anos, "disse o Prof. Jeffrey Dahn da Dalhousie University no Canadá, um especialista na área não afiliado à pesquisa. "Contudo, resta saber se um dispositivo prático com longa vida útil pode ser criado. "

Aproveitando a intercalação reversível de halogênios em estruturas de grafite, habilitado por um eletrólito aquoso superconcentrado, a equipe gerou uma densidade de energia que antes se pensava impossível. Os pesquisadores descobriram que a solução superconcentrada da bateria de água no sal, combinado com a capacidade do ânodo de grafite de construir e reformar automaticamente uma camada protetora dentro da bateria, deu uma bateria estável e duradoura com alta energia.

"Esta nova química catódica está operando idealmente em nosso eletrólito aquoso 'água em sal' desenvolvido anteriormente, o que o torna ainda mais único - combina alta densidade de energia de sistemas não aquosos com alta segurança de sistemas aquosos, "disse um co-primeiro autor do artigo, Chongyin Yang, um cientista assistente de pesquisa no departamento de engenharia química e biomolecular da UMD.

"Esta nova química de 'Conversão-Intercalação' herda a alta energia de conversão-reação e a excelente reversibilidade da intercalação de grafite, "disse Ji Chen, co-primeiro autor do artigo e pesquisador associado no departamento de engenharia química e biomolecular.

A equipe de pesquisadores, liderada por Chunsheng Wang, Professor do ChBE com dupla nomeação no Departamento de Química e Bioquímica; Kang Xu, ARL Fellow; e Oleg Borodin, Cientista da ARL - levou a bateria a um estágio testável:do tamanho de um pequeno botão, normalmente usado como um veículo de teste em laboratórios de pesquisa. Mais pesquisas são necessárias para escalá-lo em uma prática, bateria fabricável.

A produção de energia da bateria à base de água relatada neste estudo apresenta um aumento de 25% na densidade de energia de uma bateria de telefone celular comum baseada em líquidos orgânicos inflamáveis, mas é muito mais seguro. O novo cátodo é capaz de reter 240 miliamperes por grama por uma hora de operação, aproximadamente o dobro de um cátodo típico encontrado atualmente em telefones celulares e laptops.

A bateria de água com sal poderia, em última análise, ser usada em aplicações que envolvem grandes energias em níveis de quilowatt ou megawatt, ou onde a segurança da bateria e a toxicidade são as principais preocupações, incluindo baterias não inflamáveis ​​para aviões, embarcações navais, ou naves espaciais.