p Pesquisadores da Academia Chinesa de Ciências e da Universidade de Tecnologia de Delft (TU Delft) desenvolveram um método para prever a estrutura atômica de baterias de íons de sódio. Até agora, isso era impossível mesmo com os melhores supercomputadores. As descobertas podem acelerar significativamente a pesquisa em baterias de íon de sódio. Como resultado, este tipo de bateria pode se tornar uma tecnologia séria ao lado das baterias de íon de lítio populares encontradas em nossos smartphones, laptops e carros elétricos. Os pesquisadores publicaram suas descobertas na revista Ciência . p Celulares, Laptops e carros elétricos contêm baterias de íon de lítio. Em termos de desempenho e densidade de energia, essas baterias são incomparáveis. No entanto, a dependência comercial de um tipo de bateria também tem suas desvantagens. Pegue o cobalto, por exemplo. Até aqui, apesar de muitas pesquisas, produzir baterias de íon-lítio sem este recurso raro não foi possível. O cobalto é extraído quase exclusivamente no Congo em condições adversas e com grande impacto no meio ambiente.

p O lítio é um recurso que pode se tornar problemático a longo prazo. "No momento, nós temos mais do que o suficiente, "diz o pesquisador da TU Delft Marnix Wagemaker." Mas se todos nós vamos dirigir eletricamente no futuro e se precisarmos de grandes baterias para armazenar energia solar em casa, também precisaremos de uma quantidade enorme de lítio. ”Isso pode se tornar um problema porque as reservas de lítio são tudo menos infinitas.

p Sal de cozinha

p Os pesquisadores acreditam que as baterias de íons de sódio têm potencial. O nome já diz tudo:em vez de lítio, este tipo de bateria é baseado em sódio, que é encontrado no sal de cozinha, entre outras coisas. Em teoria, As baterias de íon Na não funcionam tão bem quanto as baterias de íon de lítio, mas a diferença não é tão grande. Wagemaker diz, "Em escala de laboratório, As baterias de íon-Na podem atingir uma densidade de energia que é apenas 20 a 30% menor do que as baterias de íon-lítio. Portanto, eles não são competitivos quando se trata de telefones celulares ou carros elétricos. Mas para situações em que o peso é um pouco menos importante, por exemplo, em aplicações marítimas ou em veículos que podem ser carregados com frequência, eles podem ser uma boa alternativa. "

p As baterias de íon-Na também seriam adequadas para uso estacionário, por exemplo, em uma parede de energia em casa ou em um parque de bateria que armazena energia eólica e solar. Além disso, As baterias de íon de Na fornecem mais oportunidades no uso de matérias-primas para construir eletrodos positivos melhores e mais baratos. Essa versatilidade torna muito mais fácil se livrar do cobalto, por exemplo, em comparação com os eletrodos positivos em baterias de íon-lítio. O cobalto não é apenas caro, mas também representa um problema ético do ponto de vista da exploração do trabalho.

p Infinito

p Ironicamente, essa versatilidade também é a maldição da bateria de íon de sódio. As baterias de íon-lítio funcionam apenas com um número limitado de matérias-primas e estruturas de materiais, e é relativamente claro qual é a melhor 'receita' para um cátodo. Não é assim para baterias de íon de Na. "Dependendo do coquetel preciso de elementos, você vai acabar com diferenças sutis na estrutura atômica do eletrodo positivo, que têm um grande impacto no desempenho da bateria, "Wagemaker explica." Com apenas um punhado de elementos, existem tantas possibilidades estruturais que mesmo o supercomputador mais rápido não pode prever como as diferentes combinações resultarão. Como resultado, o desenvolvimento de novos materiais é lento. "

p Pelo menos, tem sido esse o caso até agora. Mas os pesquisadores de Delft e seus colegas chineses encontraram uma maneira de prever a receita ideal para o cátodo. Em um nível atômico, um cátodo se parece muito com um sanduíche:é feito de várias camadas, com íons entre eles. "No início parecia que o tamanho dos íons determinava a estrutura atômica, "diz Wagemaker." Mas logo ficou claro que esse não era o único fator. A distribuição da carga elétrica dos íons desempenha um papel fundamental. "

p Geologia

p Este foi um insight crucial para os pesquisadores porque a razão entre o tamanho de um íon e sua carga, o chamado "potencial iônico, "é conhecido por ter valor preditivo." Em geologia, essa relação tem sido usada há décadas para entender por que, por exemplo, certos óxidos de ferro são mais solúveis do que outros, "diz Wagemaker." Isso pode revelar algo sobre a formação de certos estratos da terra, ou sobre outros processos geológicos. "

p A questão era se essa relação também seria útil em escala atômica. Acontece que era. Os pesquisadores desenvolveram uma fórmula simples baseada no potencial iônico. "Usando esta fórmula, podemos prever qual estrutura obteremos em qual proporção de uma seleção de matérias-primas, "diz Wagemaker." A fórmula nos guia através do enorme número de possibilidades para os materiais de eletrodo que podem fornecer o melhor desempenho. "

p Em ascensão

p Os pesquisadores também testaram sua fórmula projetando novos materiais. "Tentamos fazer um cátodo com a maior densidade de energia possível, e um que você pode carregar muito rapidamente, "diz Wagemaker." Em ambos os casos, nós conseguimos. Em termos de densidade de energia, estávamos no limite superior do que é possível. Eu gosto do fato de que uma fórmula tão simples, baseado em uma ideia muito antiga da geologia, pode fazer previsões na escala atômica com tal precisão. "

p Esta pesquisa se concentrou em uma parte de uma bateria:o cátodo. Uma próxima etapa lógica é olhar também para outros tipos de estruturas, tanto em eletrodos quanto em eletrólitos para vários tipos de baterias. Essa nova abordagem também pode desempenhar um papel aí? Marnix Wagemaker pensa assim. "Vamos explorar isso no próximo período. Com essa pesquisa, esperamos acelerar o desenvolvimento de materiais para as próximas gerações de baterias."