p Cientistas do Laboratório Nacional de Energia Renovável do Departamento de Energia (NREL) descobriram uma nova abordagem para o desenvolvimento de uma bateria de magnésio-metal recarregável não aquosa. p Um artigo de prova de conceito publicado em Química da Natureza detalhou como os cientistas foram pioneiros em um método para permitir a química reversível do magnésio metálico nos eletrólitos não corrosivos à base de carbonato e testaram o conceito em uma célula protótipo. A tecnologia possui vantagens potenciais sobre as baterias de íon de lítio, notavelmente, maior densidade de energia, maior estabilidade, e menor custo.

p Pesquisadores do NREL (da esquerda) Seoung-Bum Son, Steve Harvey, Andrew Norman e Chunmei Ban são co-autores do Química da Natureza papel branco, "An Artificial Interphase Habilita Reversible Magnnesium Chemistry in Carbonate Electrolytes" trabalhando com uma espectrometria de massa de íons secundários de tempo de voo. O dispositivo permite que eles investiguem a degradação do material e os mecanismos de falha na escala micro a nano. (Foto de Dennis Schroeder / NREL)

p "Sendo cientistas, estamos sempre pensando:o que vem a seguir? ", disse Chunmei Ban, um cientista do departamento de Ciência de Materiais do NREL e autor correspondente do artigo, "Uma interface artificial permite a química reversível do magnésio em eletrólitos de carbonato." A tecnologia de bateria de íon-lítio dominante está se aproximando da quantidade máxima de energia que pode ser armazenada por volume, ela disse, portanto, "há uma necessidade urgente de explorar novas químicas de bateria" que podem fornecer mais energia a um custo menor.

p "Esta descoberta irá fornecer um novo caminho para o design de baterias de magnésio, "disse Seoung-Bum Filho, um ex-pós-doutorado do NREL e cientista do NREL e primeiro autor do artigo. Outros co-autores do NREL são Steve Harvey, Adam Stokes, e Andrew Norman.

p Uma reação eletroquímica alimenta uma bateria conforme os íons fluem através de um líquido (eletrólito) do eletrodo negativo (cátodo) para o eletrodo positivo (ânodo). Para baterias de lítio, o eletrólito é uma solução salina contendo íons de lítio. O que também é importante, É a reação química deve ser reversível para que a bateria possa ser recarregada.

p As baterias de magnésio (Mg) teoricamente contêm quase duas vezes mais energia por volume do que as baterias de íons de lítio. Mas pesquisas anteriores encontraram um obstáculo:as reações químicas do eletrólito de carbonato convencional criaram uma barreira na superfície do magnésio que impedia a bateria de recarregar. Os íons de magnésio podem fluir na direção reversa através de um eletrólito líquido altamente corrosivo, mas isso barrou a possibilidade de uma bateria de magnésio de alta voltagem bem-sucedida.

p Na tentativa de superar esses obstáculos, os pesquisadores desenvolveram uma interfase de eletrólito sólido artificial de poliacrilonitrila e sal de íon de magnésio que protegia a superfície do ânodo de magnésio. Este ânodo protegido demonstrou desempenho notavelmente melhorado.

p Ilustrações lado a lado mostram como os cientistas do NREL resolveram um problema com a fabricação de uma bateria recarregável de magnésio.

p Os cientistas montaram células protótipo para provar a robustez da interfase artificial e encontraram resultados promissores:a célula com o ânodo protegido possibilitou a química de Mg reversível em eletrólito de carbonato, que nunca foi demonstrado antes. A célula com este ânodo de Mg protegido também entregou mais energia do que o protótipo sem a proteção e continuou a fazê-lo durante ciclos repetidos. Além disso, o grupo demonstrou a recarregabilidade da bateria de magnésio-metal, que fornece um caminho sem precedentes para abordar simultaneamente a incompatibilidade anodo / eletrólito e as limitações de íons que saem do cátodo.

p Além de estar mais disponível do que o lítio, o magnésio tem outras vantagens potenciais sobre a tecnologia de bateria mais estabelecida. Primeiro, o magnésio libera dois elétrons para o do lítio, dando a ele o potencial de fornecer quase o dobro de energia do lítio. E em segundo lugar, baterias de magnésio-metal não experimentam o crescimento de dendritos, que são cristais que podem causar curtos-circuitos e consequentemente sobreaquecimento perigoso e até incêndio, tornando as baterias de magnésio potenciais muito mais seguras do que as baterias de íons de lítio.