Bateria de íons de zinco agora à base de água

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/11/2022

A inovação pode finalmente levar as baterias de zinco ao mercado.
[Imagem: Postech]

Bateria de zinco

Pesquisadores coreanos desenvolveram uma bateria de íons de zinco com um eletrólito à base de água - o eletrólito é o meio que permite que os íons caminham de um lado para o outro durante o uso e o recarregamento.

Uma das maiores deficiências das baterias de íons de lítio está no seu eletrólito orgânico, que é altamente inflamável, levando a falhas drásticas, incêndios e até explosões.

Para usar água como eletrólito, Sangyeop Lee e colegas da Universidade de Ciência e Tecnologia Pohang adicionaram uma camada protetora de polímero para evitar a corrosão dos eletrodos.

Como benefício adicional, o eletrólito à base de água aumentou a estabilidade do ânodo de zinco (eletrodo positivo), melhorando a estabilidade eletroquímica da bateria, o que significa que elas vão durar mais.

Esquema de funcionamento da bateria aquosa de íons de zinco com solução aquosa.
[Imagem: Sangyeop Lee et al. - 3 (10): 101070]

Camada multifuncional

As baterias de íons de zinco são pesquisadas há muito tempo, incluindo as de eletrólito aquoso, mas o crescimento de dendritos de zinco e reações indesejadas na superfície dos eletrodos diminui muito o fluxo de íons de um eletrodo para o outro, diminuindo a densidade de energia e a vida útil da bateria - dendritos são depósitos de Zn em forma de agulha que se formam no ânodo durante o ciclo uso/recarregamento.

Lee e seus colegas resolveram isto revestindo o ânodo de zinco com uma camada protetora de copolímero em bloco, macromoléculas compostas por duas ou mais cadeias poliméricas diferentes unidas por ligações covalentes. Esta nova camada é elástica e extensível, suportando a expansão do volume durante o carregamento e descarregamento da bateria.

Além disso, a camada protetora de polímero homogeneíza o espalhamento dos íons e suprime o crescimento de dendritos, contribuindo para uma longa vida útil do ânodo. O revestimento também melhora a estabilidade do eletrodo, suprimindo reações químicas/eletroquímicas desnecessárias no eletrólito sobre a superfície do eletrodo.

As baterias à base de zinco oferecem algumas vantagens fundamentais em relação às de íons de lítio, incluindo o baixo custo e o fato de que não pegam fogo e nem explodem. Quilo por quilo, as baterias de zinco-ar podem potencialmente armazenar cinco vezes mais energia do que as de íons de lítio, enquanto as baterias de zinco-níquel produzem tensões relativamente altas, o que é útil porque são necessárias poucas células para alimentar um dispositivo.

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