p As baterias de lítio usam mais de 50% de todo o cobalto produzido no mundo. Essas baterias estão no seu celular, laptop e talvez até mesmo seu carro. Cerca de 50 por cento do cobalto do mundo vem do Congo, onde é extraído em grande parte à mão, em alguns casos, por crianças. Mas agora, uma equipe de pesquisa liderada por cientistas da Universidade da Califórnia, Berkeley, abriu a porta para o uso de outros metais em baterias à base de lítio, e construíram cátodos com 50% mais capacidade de armazenamento de lítio do que os materiais convencionais. p "Abrimos um novo espaço químico para a tecnologia de baterias, "disse o autor sênior Gerbrand Ceder, professor do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais em Berkeley. "Pela primeira vez, temos um elemento realmente barato que pode fazer muita troca de elétrons nas baterias."

p O estudo será publicado na edição de 12 de abril da revista. Natureza . O trabalho foi uma colaboração entre cientistas da UC Berkeley, Berkeley Lab, Argonne National Lab, MIT e UC Santa Cruz.

p Nas baterias de lítio de hoje, Os íons de lítio são armazenados em cátodos (o eletrodo carregado negativamente), que são estruturas em camadas. O cobalto é crucial para manter essa estrutura em camadas. Quando a bateria está carregada, Os íons de lítio são puxados do cátodo para o outro lado da célula da bateria, o ânodo. A ausência de lítio no cátodo deixa muito espaço. A maioria dos íons de metal se aglomerariam nesse espaço, o que faria com que o cátodo perdesse sua estrutura. Mas o cobalto é um dos poucos elementos que não se movem, tornando-o crítico para a indústria de baterias.

p Em 2014, O laboratório de Ceder descobriu uma maneira que os cátodos podem manter uma alta densidade de energia sem essas camadas, um conceito chamado sais de rocha desordenados. O novo estudo mostra como o manganês pode funcionar dentro deste conceito, que é um passo promissor para se afastar da dependência do cobalto porque o manganês é encontrado na sujeira, tornando-o um elemento barato.

p "Para lidar com a questão dos recursos do cobalto, você tem que sair dessa camada de cátodos, "Ceder disse." Catodos desordenados nos permitiram brincar com muito mais da tabela periódica. "

p No novo estudo, O laboratório do Ceder mostra como novas tecnologias podem ser usadas para obter muita capacidade de um cátodo. Usando um processo chamado dopagem com flúor, os cientistas incorporaram uma grande quantidade de manganês no cátodo. Ter mais íons de manganês com a carga adequada permite que os cátodos retenham mais íons de lítio, aumentando assim a capacidade da bateria.

p Outros grupos de pesquisa tentaram flúor os cátodos de dope, mas não tiveram sucesso. Ceder diz que o trabalho de seu laboratório em estruturas desordenadas foi uma grande chave para seu sucesso.

p O desempenho do cátodo é medido em energia por unidade de peso, chamado watt-hora por quilograma. Os cátodos de manganês desordenados se aproximaram de 1, 000 watts-hora por quilograma. Os cátodos de íon de lítio típicos estão na faixa de 500-700 watts-hora por quilograma.

p "No mundo das baterias, esta é uma grande melhoria em relação aos cátodos convencionais, "disse o autor principal Jinhyuk Lee, que era pós-doutorado no laboratório de Ceder durante o estudo, e agora é pós-doutorado no MIT.

p A tecnologia precisa ser ampliada e testada mais para ver se pode ser usada em aplicativos como laptops ou veículos elétricos. Mas Ceder diz que se essa tecnologia realmente funciona ou não dentro de uma bateria não vem ao caso; os pesquisadores abriram novas possibilidades para o desenho de cátodos, o que é ainda mais importante.

p "Você pode usar praticamente qualquer elemento da tabela periódica agora, porque mostramos que os cátodos não precisam ser colocados em camadas, "Ceder disse." De repente, temos muito mais liberdade química, e acho que é aí que está a verdadeira emoção, porque agora podemos fazer a exploração de novos cátodos. "