As baterias de metal-ar são um dos tipos mais leves e compactos de baterias disponíveis, mas podem ter uma limitação importante:quando não estão em uso, eles se degradam rapidamente, à medida que a corrosão corrói seus eletrodos de metal. Agora, Os pesquisadores do MIT encontraram uma maneira de reduzir substancialmente essa corrosão, tornando possível que tais baterias tenham vidas úteis muito mais longas.

Enquanto as baterias recarregáveis ​​de íon de lítio típicas perdem apenas cerca de 5 por cento de sua carga após um mês de armazenamento, eles são muito caros, volumoso, ou pesado para muitas aplicações. As baterias primárias de alumínio-ar (não recarregáveis) são muito menos caras e mais compactas e leves, mas podem perder 80% de sua carga por mês.

O projeto do MIT supera o problema de corrosão em baterias de alumínio-ar, introduzindo uma barreira de óleo entre o eletrodo de alumínio e o eletrólito - o fluido entre os dois eletrodos da bateria que corrói o alumínio quando a bateria está em espera. O óleo é rapidamente bombeado e substituído por eletrólito assim que a bateria é usada. Como resultado, a perda de energia é reduzida para apenas 0,02% ao mês - melhoria de mais de mil vezes.

Os resultados são relatados hoje no jornal Ciência pelo ex-aluno de graduação do MIT Brandon J. Hopkins '18, W.M. Professor Keck de Energia Yang Shao-Horn, e professor de engenharia mecânica Douglas P. Hart.

Embora vários outros métodos tenham sido usados ​​para estender a vida útil de baterias de metal-ar (que podem usar outros metais, como sódio, lítio, magnésio, zinco, ou ferro), esses métodos podem sacrificar o desempenho, afirma Hopkins. A maioria das outras abordagens envolve a substituição do eletrólito por um diferente, formulação química menos corrosiva, mas essas alternativas reduzem drasticamente a carga da bateria.

Outros métodos envolvem bombear o eletrólito líquido para fora durante o armazenamento e de volta antes do uso. Esses métodos ainda permitem corrosão significativa e podem obstruir os sistemas de encanamento no pacote de bateria. Como o alumínio é hidrofílico (atrai água), mesmo depois que o eletrólito é drenado da embalagem, o eletrólito restante se agarrará às superfícies do eletrodo de alumínio. “As baterias têm estruturas complexas, então, há muitos cantos para o eletrólito ficar preso, "o que resulta em corrosão contínua, Hopkins explica.

Uma chave para o novo sistema é uma membrana fina colocada entre os eletrodos da bateria. Quando a bateria está em uso, ambos os lados da membrana são preenchidos com um eletrólito líquido, mas quando a bateria é colocada em espera, o óleo é bombeado para o lado mais próximo do eletrodo de alumínio, que protege a superfície de alumínio do eletrólito do outro lado da membrana.

O novo sistema de bateria também tira proveito de uma propriedade do alumínio chamada "oleofobicidade subaquática" - isto é, quando o alumínio é imerso em água, ele repele o óleo de sua superfície. Como resultado, quando a bateria é reativada e o eletrólito é bombeado de volta, o eletrólito desloca facilmente o óleo da superfície de alumínio, que restaura as capacidades de energia da bateria. Ironicamente, o método MIT de supressão de corrosão explora a mesma propriedade do alumínio que promove a corrosão em sistemas convencionais.

O resultado é um protótipo de alumínio-ar com uma vida útil muito mais longa do que as baterias convencionais de alumínio-ar. Os pesquisadores mostraram que quando a bateria era usada repetidamente e depois colocada em espera por um a dois dias, o projeto do MIT durou 24 dias, enquanto o design convencional durou apenas três. Mesmo quando o óleo e um sistema de bombeamento estão incluídos em pacotes de bateria de alumínio-ar primário ampliados, eles ainda são cinco vezes mais leves e duas vezes mais compactos do que as baterias recarregáveis ​​de íon de lítio para veículos elétricos, relatam os pesquisadores.

Hart explica que o alumínio, além de ser muito barato, é um dos "materiais de armazenamento de maior densidade de energia química que conhecemos" - isto é, é capaz de armazenar e fornecer mais energia por libra do que quase qualquer outra coisa, com apenas bromo, que são caros e perigosos, sendo comparáveis. Ele diz que muitos especialistas acreditam que as baterias de alumínio-ar podem ser a única substituição viável para baterias de íon-lítio e para a gasolina nos carros.

Baterias de alumínio-ar têm sido usadas como extensores de alcance para veículos elétricos para complementar as baterias recarregáveis ​​integradas, para adicionar muitos quilômetros extras de condução quando a bateria embutida se esgota. Eles também são usados ​​às vezes como fontes de energia em locais remotos ou para alguns veículos subaquáticos. Mas, embora essas baterias possam ser armazenadas por longos períodos, desde que não sejam utilizadas, assim que eles são ligados pela primeira vez, eles começam a se degradar rapidamente.

Esses aplicativos podem se beneficiar muito com este novo sistema, Hart explica, porque com as versões existentes, "você não pode realmente desligá-lo. Você pode liberá-lo e atrasar o processo, mas você não pode realmente desligá-lo. "No entanto, se o novo sistema fosse usado, por exemplo, como um extensor de alcance em um carro, "você poderia usá-lo e, em seguida, estacionar em sua garagem e estacioná-lo por um mês, e depois volte e ainda espere que ele tenha uma bateria utilizável. ... Eu realmente acho que isso é uma virada de jogo em termos de uso dessas baterias. "

Com a maior vida útil que poderia ser proporcionada por este novo sistema, o uso de baterias de alumínio-ar poderia "estender-se além das aplicações de nicho atuais, "diz Hopkins. A equipe já entrou com pedido de patente no processo.