Paisagem de energia biestável para um eletrólito ferroelétrico de vidro de lítio em contato com um eletrodo negativo de alumínio e processo autocíclico em uma célula eletroquímica de alumínio / vidro de lítio / cobre. a) Variação da energia potencial com lítio revestido levando a capacitância negativa / autocarga e resistência negativa / autociclagem. b) Processos de autocarga e autociclagem no alinhamento dos dipolos no eletrólito ferroelétrico devido à necessidade elétrica de alinhamento dos níveis de Fermi. Crédito:Braga et al.
Um novo tipo de bateria combina capacitância negativa e resistência negativa dentro da mesma célula, permitindo que a célula se auto-carregue sem perder energia, que tem implicações importantes para armazenamento de longo prazo e potência de saída aprimorada para baterias.
Essas baterias podem ser usadas em comunicações de frequência extremamente baixa e em dispositivos como luzes piscando, beepers eletrônicos, osciladores controlados por tensão, inversores, troca de fontes de alimentação, conversores digitais e geradores de função, e, eventualmente, para tecnologias relacionadas a computadores modernos.
No Avaliações de Física Aplicada Helena Braga e colegas da Universidade do Porto em Portugal e da Universidade do Texas em Austin, relatam fazer sua bateria muito simples com dois metais diferentes, como eletrodos e um eletrólito de vidro de lítio ou sódio entre eles.
"O eletrólito de vidro que desenvolvemos era rico em lítio, e então pensei que poderíamos fazer uma bateria na qual o eletrólito alimentaria os dois eletrodos com íons de lítio, na carga e descarga sem necessidade de metal de lítio, "disse Braga.
Este trabalho é significativo, porque unifica a teoria por trás de todos os dispositivos de estado sólido, como baterias, capacitores, fotovoltaicos e transistores - onde os diferentes materiais em contato elétrico exibem as propriedades do material combinado em vez das propriedades dos materiais individuais.
“Quando um dos materiais é um isolante ou dielétrico, como um eletrólito, ele vai mudar localmente sua composição para formar capacitores que podem armazenar energia e alinhar os níveis de Fermi dentro do dispositivo, "disse Braga.
Em uma bateria, a diferença de potencial de circuito aberto entre os eletrodos é devido a uma necessidade elétrica de alinhar os níveis de Fermi, uma medida da energia dos elétrons menos fortemente mantidos dentro de um sólido, que também é responsável pela polaridade dos eletrodos. As reações químicas vêm depois e são alimentadas por essa energia potencial elétrica armazenada nos capacitores.
"Nossas células eletroquímicas, que, em princípio, são mais simples do que as baterias, são tudo sobre auto-organização, que é a substância da vida, “Disse Braga.
Para contribuir para um mundo mais sustentável, O autociclo pode ser interrompido ou mitigado não permitindo que um salto nos níveis de Fermi ou configurando uma resistência negativa ocorra.
"Isso pode ser obtido por ter o eletrodo negativo do mesmo material que os íons positivos do eletrólito, "disse Braga." Dá origem a um dispositivo que se auto-carrega sem se auto-ciclar - aumentando a energia armazenada nele - em oposição à degradação natural do processo eletroquímico que faz com que a energia armazenada diminua pela dissipação do calor. Este último tem aplicações em todos os dispositivos de armazenamento de energia, como baterias e capacitores, e pode melhorar substancialmente sua autonomia. "
