Cientistas avançam na criação da bateria de íon sódio

As descobertas, com o método de fabricação de ânodos desenvolvido pela mesma equipe, ajudarão a aproximar a comercialização do SIB em todo mundo

Correio Braziliense

postado em 27/07/2020 13:23

(crédito: Cardiff University)

Cientistas da Universidade Estadual de Moscou identificaram o tipo de reação eletroquímica associada ao armazenamento de carga no material ânodo para baterias de íon sódio (SIB), uma nova classe promissora de fontes de energia eletroquímica. As descobertas, com o método de fabricação de ânodos desenvolvido pela mesma equipe, ajudarão a aproximar a comercialização do SIB em todo mundo, disseram. A pesquisa foi publicada na revista Electrochimica Acta.

Hoje, as baterias de íons de lítio (LIB) são as fontes eletroquímicas mais populares, usadas em diversas aplicações, de telefones celulares a sistemas de buffer em usinas. A demanda por LIBs e o tamanho médio dos dispositivos de armazenamento estão em constante crescimento; no entanto, essa tendência encontra múltiplas barreiras, como o alto custo dos sais de lítio, as limitadas reservas globais do elemento e a distribuição desigual de depósitos contendo lítio entre os países. Para superar esses obstáculos, cientistas de todo o mundo, incluindo a Rússia, estão trabalhando no SIB, uma tecnologia alternativa que pode desafiar o LIB e as baterias de chumbo-ácido amplamente usadas.

O sódio é o sexto elemento mais comum na crosta terrestre. Seus sais são cerca de 100 vezes mais baratos em comparação com o lítio. Embora semelhante a esse elemento em termos de propriedades químicas, o sódio tem características que exigem novas abordagens no projeto do SIB. Uma bateria é composta por três componentes principais: o cátodo, o ânodo e o eletrólito. Existe uma ampla diversidade de composições e estruturas que pode ser adequada para cátodos ou eletrólitos SIB, enquanto o ânodo permanece como um obstáculo.

Carbono

A grafite, usada com sucesso no LIB, não funciona para o SIB, porque os tamanhos dos hexágonos de carbono e cátions de sódio diferem muito para fornecer intercalação. O carbono duro parece ser o único material que pode realmente ser usado no ânodo. Ele é formado por um arranjo irregular de camadas distorcidas do tipo grafite e demonstra propriedades de armazenamento de íons de sódio comparáveis às da grafite no LIB, mas, ainda, não está claro por que e como isso acontece.

“Existem várias hipóteses sobre como o sódio pode ser introduzido no carbono rígido. Em nosso estudo, validamos e expandimos um deles. Descobrimos que o carbono rígido exibe um comportamento do tipo intercalação para acumular a maior parte da carga, o que é uma ótima notícia. O intercalamento é exatamente o que a bateria precisa”, diz Zoya Bobyleva, um dos pesquisadores envolvidos no estudo.

No ano passado, o Prêmio Nobel de Química foi concedido a três cientistas “pelo desenvolvimento de baterias de íons de lítio”. Um dos vencedores deve seu prêmio ao carbono duro, um material ânodo que deu vida à tecnologia LIB cerca de três décadas atrás e, mais tarde, foi substituído por grafite. Agora, esse pode, mais uma vez, dar origem a uma nova tecnologia, comemoram os pesquisadores russos.