Bateria de sódio à base de algas capaz de suportar 1000 ciclos de carga

Um grupo de pesquisadores britânicos liderados pela Universidade de Bristol conseguiu fabricar um novo separador de bateria altamente durável a partir de nanomateriais de celulose derivados de algas. Esta invenção pode abrir caminho para um dispositivo de armazenamento de energia mais ecológico e eficiente do que as baterias de íons de lítio atuais.

As baterias de íons de lítio, amplamente utilizadas hoje, exigem a extração de materiais raros (lítio, assim como cobalto, níquel ou manganês) em condições que às vezes mostram pouco respeito aos direitos humanos. Portanto, os cientistas estão tentando desenvolver alternativas igualmente eficazes, em particular, as baterias de sódio. “Devido à sua alta capacidade teórica e abundância, o sódio é a alternativa mais atraente ao lítio como material de ânodo para sistemas de armazenamento de energia de baixo custo”, explicam os pesquisadores da Advanced Materials.

As baterias de metal-sódio com capacidade teórica de 1165 mAh/g estão entre os sistemas de armazenamento de energia de alto desempenho e baixo custo mais promissores. No entanto, um dos principais entraves ao seu desenvolvimento é o crescimento descontrolado de dendritos, “picos” de sódio sólido, que perfuram a membrana separadora localizada entre os dois eletrodos e causam curtos-circuitos. Outra desvantagem é sua vida útil. As reações eletroquímicas que carregam/descarregam os ciclos são baseadas em desaceleração muito mais rápida do que nas baterias de lítio. Reações colaterais aparecem, o eletrólito acaba e a bateria perde sua capacidade. Os pesquisadores estão agora propondo uma solução para o problema.

Nanocristais de celulose extraídos de algas

O objetivo do separador de bateria é separar as partes funcionais do sistema (extremidades positivas e negativas) e permitir a transferência gratuita de carga, diz Jing Wang, estudante de doutorado no Bristol Composites Institute e primeiro autor do estudo que descreve isso. nova técnica.

Com base em trabalhos anteriores na Universidade de Bristol, e em colaboração com o Imperial College e o University College London, a equipe conseguiu criar um separador feito de nanomateriais de celulose derivados de alga marinha. Essa abordagem supera os problemas mencionados acima: as fibras contendo esses nanomateriais não apenas impedem a penetração de cristais de eletrodo de sódio no separador, mas também melhoram a capacidade de armazenamento e a eficiência das baterias.

Para fazer esse novo separador, os pesquisadores impregnaram fibras de poliesterimida com nanocristais de celulose (derivados de algas) com cerca de 10 nanômetros de diâmetro e 200 nanômetros de comprimento. Este material compósito foi então convertido em fios carregados extremamente finos usando eletrofiação. Esses fios permitem formar uma gaiola muito mais forte. Observe que os nanocristais de celulose podem ser extraídos de outros materiais (madeira, linho, etc.), mas os cristais de algas têm a vantagem de serem relativamente longos.

Esquema de fabricação de um separador baseado em nanocristais de celulose para baterias de sódio. © J. Wang et al.

Essa abordagem prolonga a vida útil das baterias de sódio, necessárias para alimentar dispositivos como telefones celulares por muito mais tempo, observa Wang.

Armazenamento de energia mais limpo e sustentável

Durante os testes, a equipe descobriu que esta bateria pode manter uma incrível estabilidade a longo prazo, mantendo uma alta densidade de energia por mais de 1.000 ciclos. “É digno de nota que em eletrólitos de carbonato sem aditivos, características de ciclo de longo prazo sem precedentes são alcançadas em altas densidades de corrente (≥1000 h a 1 e 3 mA/cm2, ≥700 h a 5 mA/cm2) de células simétricas”, o pesquisadores relatam.

A equipe espera que sua pesquisa ajude a desenvolver baterias de sódio que sejam mais ecológicas de produzir. “Este trabalho realmente demonstra que formas mais ecológicas de armazenamento de energia são possíveis sem serem ambientalmente destrutivas”, disse o professor Steve Eichhorn, que liderou a pesquisa no Bristol Composites Institute. Não só o lítio é extraído em condições antiéticas (em países como Chile, Bolívia e Argentina), mas essa mineração é extremamente poluente e consome água.

Além disso, o mundo está cada vez mais se voltando para as baterias na tentativa de se libertar dos recursos fósseis, mas o lítio não é uma fonte inesgotável! Como a escassez é inevitável, há uma necessidade urgente de desenvolver alternativas baseadas em recursos abundantes e sustentáveis. O sódio usado aqui pode ser facilmente obtido da água do mar, assim como a alga usada para fazer o separador.

“Este trabalho abre um caminho novo e simples para o desenvolvimento de baterias de metal de sódio estáveis, baratas e seguras que podem ser facilmente estendidas a outras baterias de metal alcalino”, concluem os pesquisadores.

Fonte: .NewsNerd