As baterias de íon de lítio são inflamáveis ​​e o preço da matéria-prima está aumentando. Existem alternativas? Sim:os pesquisadores da Empa e da ETH Zürich descobriram abordagens promissoras sobre como podemos produzir baterias a partir de resíduos de grafite e sucata.

Kostiantyn Kravchyk trabalha no grupo de Maksym Kovalenko. Este grupo de pesquisa está baseado na ETH Zurich e no Laboratório de Filmes Finos e Fotovoltaicos da Empa. O objetivo ambicioso dos dois pesquisadores na filial da Empa é fazer uma bateria com os elementos mais comuns da crosta terrestre - como magnésio ou alumínio. Esses metais oferecem um alto grau de segurança, mesmo que o ânodo seja feito de metal puro. Isso também oferece a oportunidade de montar as baterias de uma forma muito simples e econômica e aumentar rapidamente a produção.

Para fazer essas baterias funcionarem, o eletrólito líquido precisa consistir em íons especiais que não cristalizam à temperatura ambiente - ou seja, formam uma espécie de fusão. Os íons de metal se movem para frente e para trás entre o cátodo e o ânodo neste "processo de fusão a frio", envolto em um manto espesso de íons de cloreto. Alternativamente, ânions orgânicos grandes, mas leves, que são livres de metal, poderia ser usado. Isso vem com um problema, porém:para onde esses íons "grossos" devem ir quando a bateria está carregada? O que poderia ser um material catódico adequado? A título de comparação:em baterias de íon de lítio, o cátodo é feito de um óxido de metal, que pode absorver facilmente os pequenos cátions de lítio durante o carregamento. Isso não funciona para íons tão grandes, Contudo. Além disso, esses grandes ânions têm carga oposta aos cátions de lítio.

Para resolver o problema, A equipe de Kovalenko tinha um truque na manga:os pesquisadores inverteram o princípio da bateria de íon de lítio. Em baterias convencionais de íon-lítio, o ânodo (o pólo negativo) é feito de grafite, cujas camadas (em um estado carregado) contêm os íons de lítio. Na bateria de Kovalenko, ao contrário, o grafite é usado como cátodo (pólo positivo). Os ânions grossos são depositados entre as camadas de grafeno. Na bateria de Kovalenko, o ânodo é feito de metal.

Kravchyk fez uma descoberta notável enquanto procurava a grafite "certa":ele descobriu que resíduos de grafite produzidos na produção de aço, referido como "grafite kish", contribui para um ótimo material de cátodo. O grafite natural também funciona bem - se for fornecido em flocos grossos e não moído muito fino ou dobrado, formas não em flocos. O motivo:as camadas de grafite são abertas nas bordas dos flocos e os ânions grossos podem, assim, deslizar para dentro da estrutura com mais facilidade. O grafite fino normalmente usado em baterias de íon de lítio, Contudo, não é adequado para a bateria de Kovalenko. Moendo as partículas de grafite, as camadas ficam enrugadas como papel amassado. Apenas pequenos íons de lítio são capazes de penetrar neste grafite amassado, não os ânions grossos da nova bateria.

A bateria de cátodo de grafite construída a partir de produção de aço "kish grafite" ou matéria-prima, flocos de grafite natural têm o potencial de se tornarem altamente econômicos. E se os primeiros experimentos servirem de referência, também é duradouro. Por vários meses, um sistema de laboratório sobreviveu a milhares de ciclos de carga e descarga. "A bateria de cloreto de alumínio - cátodo de grafite pode durar décadas no uso doméstico diário, "explica Kravchyk e adiciona" demonstrações semelhantes, mas aumentaram ainda mais as tensões da bateria, sem comprometer as capacidades, e de elementos ainda mais leves estão a caminho e oferecerão maior aumento nas densidades de energia dos atuais 60 Wh kg-1 para acima de 150 Wh kg-1 "