As baterias da próxima geração provavelmente verão a substituição dos íons de lítio por metais alcalinos ou íons multivalentes mais abundantes e ambientalmente benignos. Um grande desafio, Contudo, é o desenvolvimento de eletrodos estáveis ​​que combinam altas densidades de energia com taxas rápidas de carga e descarga. No jornal Angewandte Chemie , Cientistas americanos e chineses relatam um cátodo de alto desempenho feito de um polímero orgânico para ser usado de baixo custo, ambientalmente benigno, e baterias de íon de sódio duráveis.

As baterias de íon-lítio são a tecnologia de ponta para dispositivos portáteis, sistemas de armazenamento de energia, e veículos elétricos, cujo desenvolvimento foi premiado com o prêmio Nobel deste ano. No entanto, Espera-se que as baterias da próxima geração forneçam densidades de energia mais altas, melhores capacidades, e o uso de mais barato, mais seguro, e materiais mais ecologicamente corretos. Os novos tipos de bateria mais explorados empregam essencialmente a mesma tecnologia de carga-descarga de cadeira de balanço que a bateria de lítio, mas o íon de lítio é substituído por íons de metal baratos, como sódio, magnésio, e íons de alumínio. Infelizmente, esta substituição traz consigo grandes ajustes para os materiais do eletrodo.

Os compostos orgânicos são favoráveis ​​como materiais de eletrodo porque, para um, eles não contêm metais pesados ​​prejudiciais e caros, e eles podem ser adaptados para finalidades diferentes. A desvantagem é que eles se dissolvem em eletrólitos líquidos, o que torna os eletrodos inerentemente instáveis.

Chunsheng Wang e sua equipe da Universidade de Maryland, NÓS., e uma equipe internacional de cientistas apresentou um polímero orgânico como um polímero de alta capacidade, carregamento rápido, e material insolúvel para cátodos de bateria. Para o íon sódio, o polímero superou os cátodos poliméricos e inorgânicos atuais em capacidade de entrega e retenção, e para íons multivalentes de magnésio e alumínio, os dados não ficaram muito atrás, de acordo com o estudo.

Como um material catódico adequado, os cientistas identificaram o composto orgânico hexaazatrinaftaleno (HATN), que já foi testado em baterias de lítio e supercapacitores, onde funciona como um cátodo de alta densidade de energia que intercala rapidamente os íons de lítio. Contudo, como a maioria dos materiais orgânicos, O HATN se dissolveu no eletrólito e tornou o cátodo instável durante o ciclo. O truque agora era estabilizar a estrutura do material, introduzindo ligações entre as moléculas individuais, os cientistas explicaram. Eles obtiveram um polímero orgânico chamado HATN polimérico, ou PHATN, que ofereceu cinética de reação rápida e alta capacidade de sódio, alumínio, e íons de magnésio.

Depois de montar a bateria, os cientistas testaram o cátodo PHATN usando um eletrólito de alta concentração. Eles encontraram excelentes desempenhos eletroquímicos para os íons não-lítio. A bateria de sódio poderia ser operada em altas tensões de até 3,5 volts e manter uma capacidade de mais de 100 miliamperes-hora por grama, mesmo após 50, 000 ciclos, e as baterias de magnésio e alumínio correspondentes estavam logo atrás desses valores competitivos, relataram os autores.

Os pesquisadores imaginam esses cátodos poliméricos à base de pirazina (pirazina é a substância orgânica na qual o HATN é baseado; é um benzol aromático, substância orgânica rica em nitrogênio com sabor frutado) para ser empregada em produtos ambientalmente benignos, alta densidade de energia, baterias recarregáveis ​​de última geração, rápidas e ultra-estáveis.