Bateria de lítio-ar guarda quatro vezes mais energia que atuais de íons de lítio

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/03/2023

O esquema mostra a bateria de lítio-ar consistindo de ânodo metálico de lítio, cátodo à base de ar e eletrólito de polímero cerâmico sólido (CPE).
[Imagem: ANL]

Bateria lítio-oxigênio

As tão sonhadas baterias de lítio-oxigênio (Li-O₂), ou lítio-ar, deverão ser tão eficientes que prometem viabilizar caminhões elétricos em viagens de longa distância e até aviões elétricos.

O principal novo componente de uma bateria de lítio-ar é um eletrólito sólido, em vez da variedade líquida usual. As baterias com eletrólitos sólidos não estão sujeitas ao problema de segurança dos eletrólitos líquidos, que podem superaquecer e pegar fogo. Mas seu grande ganho está na eficiência.

"A bateria de lítio-ar tem a maior densidade de energia projetada de qualquer tecnologia de bateria considerada para a próxima geração de baterias além dos íons de lítio," disse Larry Curtiss, do Laboratório Nacional Argônio, nos EUA.

E Curtiss e seus colegas acabam de desenvolver uma nova arquitetura e uma nova química que pode aumentar a densidade de energia em até quatro vezes em relação às atuas baterias de íons de lítio com eletrólito líquido.

O segredo para isso está em um ânodo metálico de lítio, um eletrólito de polímero cerâmico sólido e um cátodo que é o próprio ar ambiente.

É o primeiro protótipo de bateria de lítio-oxigênio que alcançou uma reação de quatro elétrons à temperatura ambiente.
[Imagem: Alireza Kondori et al. - 10.1126/science.abq1347]

1.000 ciclos de carga e descarga

Nos projetos anteriores de baterias de lítio-oxigênio, o lítio do ânodo metálico move-se através de um eletrólito líquido para se combinar com o oxigênio durante a descarga, produzindo peróxido de lítio (Li₂O₂) ou superóxido (LiO₂) no cátodo. O peróxido de lítio ou superóxido é então decomposto em seus componentes de lítio e oxigênio durante a carga. Essa sequência química armazena e libera energia sob demanda.

O novo eletrólito sólido desenvolvido pela equipe é composto de um material de polímero cerâmico, feito de elementos relativamente baratos na forma de nanopartículas. Este material sólido permite reações químicas que produzem óxido de lítio (Li₂O) no descarregamento.

"A reação química do superóxido ou peróxido de lítio envolve apenas um ou dois elétrons armazenados por molécula de oxigênio, enquanto a do óxido de lítio envolve quatro elétrons," conta Rachid Amine, membro da equipe.

Mais elétrons armazenados significa maior densidade de energia. De fato, este é o primeiro protótipo de bateria de lítio-oxigênio que alcançou uma reação de quatro elétrons à temperatura ambiente e de forma estável: A bateria superou os 1.000 ciclos de carga e descarga, uma marca tida como referência para que uma bateria experimental possa chegar à escala comercial.

"Com mais desenvolvimento, esperamos que nosso novo projeto para a bateria de lítio-ar também alcance uma densidade de energia recorde de 1.200 watts-hora por quilograma," disse Curtiss. "Isso é quase quatro vezes melhor do que as baterias de íons de lítio."

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