Bateria orgânica de lítio chega aos 4V e fica mais próxima da realidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/04/2022

O ácido crocônico pode viabilizar baterias de íons de lítio orgânicas de alta tensão e ecológicas.
[Imagem: Yuto Katsuyama et al. - 10.1002/advs.202200187]

Baterias orgânicas

Pesquisadores fizeram um avanço significativo em direção à fabricação de baterias de íons de lítio orgânicas, que não dependem dos caros metais das baterias atuais, como o cobalto.

O feito foi possível graças a uma pequena molécula orgânica, uma substância conhecida como ácido crocônico, que abriu o caminho para a fabricação de baterias de íons de lítio sem metal, baratas e com elevada capacidade de carga.

Embora sejam muito promissoras, até agora os cientistas não haviam encontrado meio de aumentar a tensão das baterias orgânicas de íons de lítio.

O ácido crocônico, contudo, conseguiu manter uma tensão de trabalho de cerca de 4 Volts, graças ao trabalho de Yuto Katsuyama e uma equipe de pesquisa conjunta das universidades de Tohoku, no Japão, e da Califórnia de Los Angeles, nos EUA.

Baterias orgânicas de lítio

Ao contrário das baterias convencionais de íons de lítio, que dependem de materiais de terras raras e metais caros, como o cobalto, as baterias orgânicas exploram elementos naturalmente abundantes, como carbono, hidrogênio, nitrogênio e oxigênio - elas ainda usam lítio, mas em uma quantidade ínfima em comparação com as atuais.

Além disso, as baterias orgânicas têm maiores capacidades teóricas do que as baterias convencionais de íons de lítio porque o uso de materiais orgânicos as torna leves. A maioria das baterias orgânicas relatadas até o momento, no entanto, apresenta uma tensão de trabalho relativamente baixa, de 1-3 volts.

O ácido crocônico, quando usado como material catódico, manteve uma tensão de trabalho de cerca de 4 V, adequada para uso comercial. E esse aumento da tensão também permitirá fabricar baterias de maior densidade de energia.

O ácido crocônico (assinalado pela estrela) bateu todos os competidores, orgânicos e inorgânicos.
[Imagem: Yuto Katsuyama et al. - 10.1002/advs.202200187]

Ácido crocônico

O ácido crocônico (C₅H₂O₅) tem cinco átomos de carbono ligados uns aos outros em uma forma pentagonal, e cada um dos carbonos está ligado a um oxigênio. Ele também tem uma alta capacidade teórica de 638,6 mAh/g, que é muito maior do que os materiais convencionais de cátodo das baterias de íons de lítio (o mais comum LiCoO₂ fica ao redor de 140 mAh/g).

"Nós investigamos o comportamento eletroquímico do ácido crocônico na faixa de alta tensão, acima de 3 V, usando cálculos teóricos e experimentos eletroquímicos," relatou o professor Hiroaki Kobayashi. "Descobrimos que o ácido crocônico armazena íons de lítio em aproximadamente 4 V, dando uma densidade de energia teórica muito alta, de 1.949 Wh/kg, que é maior do que a maioria das baterias de íons de lítio inorgânicas e orgânicas."

Embora os protótipos construídos pela equipe não tenham alcançado a capacidade teórica, os pesquisadores estão otimistas de que isso pode ser alcançado pelo desenvolvimento de eletrólitos mais estáveis em alta tensão e modificações químicas no próprio ácido crocônico. Como a maioria dos eletrólitos não suporta a tensão de trabalho tão alta do ácido crocônico, o desenvolvimento de novos eletrólitos será vital para isso.

Além disso, as estruturas das pequenas moléculas orgânicas, incluindo o ácido crocônico, podem ser facilmente modificadas - a modificação estrutural pode estabilizar a molécula, levando a uma maior capacidade da bateria.

Mais tópicos