Um protótipo de bateria foi projetado usando água salgada e materiais que não são tóxicos e carregam rapidamente, abrindo caminho para novos tipos de bateria.

Os princípios de design por trás do novo protótipo, que muda de cor conforme carrega, também pode ser aplicado a tecnologias de bateria existentes para criar novos dispositivos para armazenamento de energia, sensoriamento biológico, e materiais inteligentes que mudam de cor.

As baterias mais utilizadas atualmente são baterias de íon-lítio, que têm uma capacidade relativamente alta (eles mantêm uma grande quantidade de carga), mas não descarregam ou recarregam sua energia rapidamente. Eles também contêm eletrólitos orgânicos e outros materiais que podem ser perigosos e inflamáveis, o que significa que requerem manuseio e descarte cuidadosos.

O novo protótipo de bateria, desenvolvido por uma equipe de pesquisadores dos departamentos de Física e Química do Imperial College London, usa filmes finos de plásticos especialmente projetados e água salgada simples em seu lugar.

Embora possa conter menos carga do que as baterias convencionais de íon de lítio, o protótipo, que é feito de polímeros - longas cadeias de moléculas que compõem os plásticos - pode carregar e descarregar em questão de segundos. Como um benefício adicional dos materiais que usa, também muda de cor à medida que carrega, oferecendo aos usuários uma maneira fácil de ler o estado de carga da bateria.

O protótipo, cujos detalhes foram publicados em Energia e Ciência Ambiental , poderia abrir caminho para melhorar a taxa de carga e a toxicidade das baterias existentes, ou fornecer um caminho para a fabricação de tipos totalmente novos de baterias.

Desenvolvimento de baterias recicláveis

O co-autor principal, Dr. Alexander Giovannitti, que trabalhou no projeto enquanto estava nos Departamentos de Física e Química do Imperial, disse:"Os materiais que usamos para criar o protótipo da bateria poderiam ser feitos a baixo custo e combinados com o uso de eletrólitos à base de água não tóxicos e não inflamáveis. Esta abordagem pode ser uma rota viável para desenvolver baterias recicláveis."

Baterias com tempo de carga mais rápido, mas capacidade inferior podem ter uma gama de aplicações em que a energia precisa ser trocada rapidamente, mas as baterias não precisam ser pequenas, como quando a energia da frenagem do carro é usada momentos depois para acelerar o veículo.

Em uma escala maior, quando tecnologias renováveis ​​como solar ou eólica são usadas como parte de uma rede nacional ou local, eles só podem fornecer energia de forma intermitente. Um sistema de bateria que pode armazenar essa energia rapidamente, mas também devolvê-lo à grade quando necessário, seria valioso para manter o suprimento estável.

A equipe disse que seu protótipo precisaria de mais trabalho para ser adequado a essas áreas, mas que os princípios por trás de seu design podem ser aplicáveis ​​a uma ampla gama de dispositivos de armazenamento de energia em desenvolvimento.

Projetando novos materiais

Materiais de polímero já foram usados ​​com sucesso em baterias antes, como aditivos para fornecer flexibilidade ou como eletrólitos que separam eletrodos positivos e negativos, mas seu uso como materiais ativos em eletrodos de bateria operando na água provou ser um desafio.

O avanço vem do projeto de materiais poliméricos que podem absorver e liberar íons positivos ou negativos da água salgada, rápida e reversivelmente sem degradar. Esses íons são atraídos por eletrodos de carga oposta quando o dispositivo está carregando.

As baterias à base de água são desejáveis ​​devido à sua não toxicidade, mas tem sido difícil fazer com que os íons na água sejam trocados reversivelmente com os eletrodos.

A equipe contornou isso projetando cadeias laterais para anexar aos 'backbones' do polímero condutor. Usando materiais polares para as cadeias laterais, eles poderiam criar eletrodos com alta afinidade com a água.

Com esse princípio, eles foram capazes de criar eletrodos positivos e negativos que podem hospedar seus íons opostos da água - e eles tinham os ingredientes para uma bateria. Como os backbones de polímero já eram flexíveis - expandindo e contraindo enquanto a bateria era carregada e descarregada - nenhum aditivo foi necessário.

Co-autor principal, Dr. Davide Moia, que completou o trabalho enquanto estava no Departamento de Física do Imperial, disse:"O uso de água salgada elimina os problemas de toxicidade e inflamabilidade, mas não tem sido fácil de usar, pois pode limitar a quantidade de energia que você pode entrar e sair de um dispositivo em comparação com outros eletrólitos orgânicos.

"Agora queremos testar até que ponto esse limite pode ser ultrapassado. Compensamos o desempenho inferior com uma combinação mais segura de materiais, mas melhorar o desempenho pode abrir o caminho para novos tipos de dispositivos de armazenamento de energia viáveis ​​que também são seguros e sustentáveis. "