Bateria de zinco supera rivais e empata com bateria de lítio

Redação do Site Inovação Tecnológica - 31/07/2017

Esquema da bateria de zinco (esquerda) e foto dos nanofios de níquel e cobalto (direita), medindo 100 nanômetros de comprimento por 3,5 nanômetros de espessura, que foram cruciais para o sucesso da tecnologia.
[Imagem: Bing Li et al. - 10.1021/acs.nanolett.6b03691]

Baterias de zinco

Pela primeira vez, as baratas e promissoras baterias de zinco passaram pela linha de chegada bem ao lado das baterias de lítio.

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.

No entanto, as baterias de zinco também tendem a perder sua capacidade de armazenamento de energia após apenas algumas centenas de ciclos de recarga, e nenhuma bateria de zinco até agora havia combinado uma tensão decente - 1,5 volt ou mais por célula - e uma alta capacidade de armazenamento de energia.

Bateria híbrida de zinco

Essas limitações agora foram superadas por uma equipe do Instituto A*STAR de Cingapura, que desenvolveu uma bateria de zinco híbrida que combina o melhor das duas tecnologias - zinco-ar e zinco-níquel. O protótipo completou mais de 5.000 ciclos de carga sem perda de desempenho - tipicamente se considera que uma bateria é estável a partir de 1.000 ciclos de carga e recarga.

A bateria possui um ânodo de zinco, enquanto o seu cátodo é baseado em uma espuma de níquel revestida de carbono e recoberta com nanofios de óxido de níquel e cobalto. O eletrólito líquido entre os eletrodos contém ânions hidróxido dissolvidos em água.

Uma razão chave para o excelente desempenho da bateria híbrida é que o cátodo funciona de duas formas distintas no processo de carregamento e no processo de consumo da eletricidade. Quando a bateria é carregada, os íons hidróxido do eletrólito reagem com os óxidos metálicos no cátodo para produzir compostos de oxi-hidróxido, liberando elétrons. Mas os metais no cátodo também funcionam como catalisadores, combinando ânions hidróxido para produzir oxigênio, água e mais elétrons. Esses elétrons circulam até o ânodo, onde se combinam com íons de zinco no eletrólito para produzir zinco metálico. Durante a descarga, esses processos eletroquímicos são revertidos.

Concorrente para o lítio

A bateria possui uma tensão de descarga estável em dois estágios entre 1,75 e 1,0 volt, e manteve seu desempenho ao longo de três meses de testes contínuos, superando todas as baterias anteriores de zinco.

Os dois processos químicos no cátodo produzem diferentes tensões, o que pode ser uma vantagem para aplicações que exigem inicialmente uma tensão mais alta, como carros elétricos ou drones, que precisam de um impulso de energia para a arrancada ou para decolar e, em seguida, uma tensão menor para sustentar o movimento.

As estimativas indicam que a bateria pode armazenar cerca de 270 watts-hora por quilograma, com potencial de melhoria, de acordo com a equipe.

"Isso já está a par com as baterias de íons de lítio disponíveis no mercado," disse o professor Yun Zong.

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