O sucesso das baterias de carros elétricos depende dos quilômetros que podem ser percorridos com uma única carga, mas a safra atual de baterias de íon-lítio está atingindo seu limite natural de quanta carga pode ser armazenada em qualquer espaço, mantendo os motoristas sob controle. Agora, pesquisadores da Universidade de Maryland (UMD), o Laboratório de Pesquisa do Exército dos EUA (ARL), e o Argonne National Laboratory (ANL) descobriram como aumentar a capacidade de uma bateria recarregável usando eletrodos agressivos e, em seguida, estabilizando esses materiais de eletrodo potencialmente perigosos com um eletrólito altamente fluorado.

Um artigo revisado por pares com base na pesquisa foi publicado em 16 de julho na revista Nature Nanotechnology .

"Criamos um eletrólito à base de flúor para habilitar um ânodo de metal de lítio, que é conhecido por ser notoriamente instável, e demonstrou uma bateria que dura até mil ciclos com alta capacidade, "disseram os co-primeiros autores Xiulin Fan e Long Chen, pesquisadores de pós-doutorado na A. James Clark School of Engineering da UMD.

As novas baterias podem, portanto, carregar e descarregar muitas vezes sem perder a capacidade de fornecer um fluxo de energia confiável e de alta qualidade. Mesmo depois de mil ciclos de carga, os eletrólitos aprimorados com flúor garantiram 93% da capacidade da bateria, que os autores chamam de "sem precedentes". Isso significa que um carro com essa tecnologia percorreria com segurança o mesmo número de milhas por muitos anos.

“O ciclo de vida que eles alcançaram com os materiais de eletrodo fornecidos e as janelas de tensão de operação parecem 'sem precedentes'. Este trabalho é um [sic] grande progresso no campo de baterias no sentido de aumentar a densidade de energia, embora um ajuste adicional possa ser necessário para atender a vários padrões de comercialização, "disse Jang Wook Choi, professor associado de engenharia química e biológica na Universidade Nacional de Seul, na Coreia do Sul. Choi não participou da pesquisa.

A equipe demonstrou as baterias em forma de célula de moeda como uma bateria de relógio para teste e está trabalhando com parceiros da indústria para usar os eletrólitos em uma bateria de alta tensão.

Esses materiais agressivos, como o ânodo de metal de lítio e materiais de níquel e cátodo de alta tensão, são chamados assim porque reagem fortemente com outro material, o que significa que eles podem conter muita energia, mas também tendem a "devorar" quaisquer outros elementos com os quais tenham uma parceria, tornando-os inutilizáveis.

Chunsheng Wang, professor do Departamento de Engenharia Química e Bioquímica da Clark School, colaborou com Kang Xu na ARL e Khalil Amine na ANL nesses novos materiais eletrolíticos para baterias. Uma vez que cada elemento da tabela periódica tem um arranjo diferente de elétrons, Wang estuda como cada permutação da estrutura química pode ser uma vantagem ou desvantagem em uma bateria. Ele e Xu também lideram um esforço colaborativo indústria-universidade-governo denominado Center for Research in Extreme Batteries, que visa unir as empresas que precisam de baterias para usos inusitados com os pesquisadores que podem inventá-las.

"O objetivo da pesquisa era superar a limitação de capacidade que as baterias de íon de lítio experimentam. Identificamos que o flúor é o ingrediente chave que garante que esses produtos químicos agressivos se comportem de forma reversível para produzir bateria de longa duração. Um mérito adicional do flúor é que ele faz o geralmente eletrólitos combustíveis completamente incapazes de pegar fogo, "disse Wang.

A equipe capturou um vídeo de várias células de bateria pegando fogo em instantes, mas a bateria de flúor era impermeável.

A alta população de espécies contendo flúor nas interfases é a chave para fazer o material funcionar, embora os resultados tenham variado para diferentes pesquisadores no passado em relação à fluoração.

"Você pode encontrar evidências na literatura que apóiam ou desaprovam o flúor como um bom ingrediente nas interfases, "disse Xu, companheiro de laboratório e líder da equipe de pesquisa da ARL. “O que aprendemos neste trabalho é que, na maioria dos casos, não são apenas os ingredientes químicos que você tem na interfase, mas como eles são organizados e distribuídos. "