Devido ao seu baixo custo e respeito ao meio ambiente, as baterias aquosas de zinco têm o potencial de desempenhar um papel importante em futuros sistemas de armazenamento de energia para aplicações como redes elétricas. No entanto, uma preocupação de segurança retardou o progresso desta tecnologia emergente.
Em um estudo de 28 de julho publicado na Nano Research , pesquisadores chineses apresentaram uma solução que envolve a modificação química do açúcar de mesa comum para estabilizar o ambiente de íons de zinco e garantir aplicações futuras.

De carros elétricos a sistemas de energia eólica e solar, uma gama cada vez mais diversificada de aplicações que consomem muita energia continua a aumentar a demanda por armazenamento de energia em larga escala e baixo custo. As baterias aquosas de zinco (Zn) rapidamente chegaram ao topo como uma das opções mais promissoras para atender a demanda de forma sustentável, de acordo com o estudo.

“Eles são de alta segurança e econômicos em comparação com as baterias de íons de lítio atuais com eletrólitos orgânicos inflamáveis”, disse o autor do artigo Meinan Liu, professor associado de nanotecnologia e nanobiônica da Universidade de Ciência e Tecnologia da China. “Além disso, o ânodo de Zn apresenta uma capacidade teórica super alta, o que torna essas baterias de Zn ainda mais promissoras para aplicações como o armazenamento de energia da rede futura”.

No entanto, quando o íon zinco (Zn ²⁺ ) a concentração na superfície do ânodo cai para zero, os dendritos começam a crescer. O crescimento descontrolado de dendritos de Zn deteriora o desempenho eletroquímico e representa uma séria ameaça à operação segura.

"Esses dendritos podem penetrar no separador e causar um curto-circuito na bateria", disse Liu.

Estudos anteriores mostraram que ajustar o ambiente do solvente (chamado "estrutura de solvatação") pode aumentar a mobilidade do Zn ²⁺ em resposta ao campo elétrico suprime com sucesso o crescimento de dendritos. O problema era que esses ajustes anteriores – como a introdução de outros sais ou a inclusão de menos moléculas de água – acabaram diminuindo também a condutividade iônica do sistema.

Havia uma lacuna de entendimento fundamental entre Zn ²⁺ estrutura de solvatação e sua mobilidade, explicada por Liu. Este foi um fator chave que afetou o crescimento dendrítico e a estabilidade do ânodo de Zn.

Na tentativa de preencher essa lacuna, uma equipe de pesquisa colaborativa de várias instituições chinesas tentou uma nova abordagem:introduzir açúcar de mesa comum com vários grupos hidroxila (um hidrogênio e um oxigênio ligados) no eletrólito para ajustar a estrutura de solvatação do Zn ^{2 +} .

Ao realizar simulações e experimentos atomísticos, a equipe de pesquisa confirmou que as moléculas de sacarose aumentaram a mobilidade e interromperam o crescimento de dendritos sem comprometer a estabilidade. Na verdade, esse método também forneceu benefícios inesperados:

"Os resultados confirmam que as moléculas de sacarose na bainha de solvatação não apenas aumentam a mobilidade, garantindo Zn rápido ²⁺ cinética, mas também protege o ânodo de Zn da corrosão da água e atinge com sucesso a deposição livre de dendritos de Zn e a supressão de reações laterais", disse Liu.

Isso demonstra o grande potencial de usar esta simples modificação de sacarose para futuras baterias de zinco de alto desempenho e aproxima o campo de pesquisa do objetivo final de alcançar uma bateria de Zn segura, verde e de alto desempenho.

“Esperamos que esta bateria de Zn segura e de baixo custo possa ser aplicada no armazenamento de energia da rede”, disse Liu.

Esta técnica também se presta a variações e modificações adicionais:as células de Zn-carbono fornecem maior densidade de energia e melhor estabilidade, sugerindo um grande potencial de aplicação de eletrólitos modificados com sacarose para futuras baterias de Zn.

Em estudos futuros, os pesquisadores também considerarão possíveis casos de uso e obstáculos para baterias aquosas de zinco, especificamente como elas podem lidar com temperaturas extremas.

"O eletrólito aquoso da bateria de Zn será congelado em baixa temperatura, então estamos analisando como lidar com a influência da temperatura no desempenho da bateria", disse Liu. + Explorar mais

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