Baterias de sódio mais perto de desbancar as de lítio

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/05/2021

À esquerda, uma bateria de sódio comum, cheia de dendritos, prontos para por tudo a perder. À direita, a nova bateria de sódio sem anodo, sem nenhum dendrito.
[Imagem: Bai Lab]

Bateria de sódio

Já há algum tempo se espera que as baterias de sódio substituam as baterias de lítio, porque são baterias de estado sólido e potencialmente muito baratas - o sódio pode ser extraído da água do mar.

Mas ainda havia um gargalo a ser corrigido: As baterias de sódio formam os mesmos dendritos - estruturas em foram de espinho - que fazem com que as baterias de lítio parem de funcionar ou, vez por outra, explodam.

Esse problema acaba de ser resolvido por uma equipe da Universidade de Washington, nos EUA.

E a solução é um tanto inusitada: A equipe simplesmente se livrou do anodo, o eletrodo positivo da bateria.

Dendritos

Uma bateria de íons de lítio tradicional consiste em um catodo (negativo) e um anodo (positivo), os quais armazenam íons de lítio; um separador para manter cada um desses dois eletrodos no lugar; e um eletrólito, o líquido através do qual os íons de lítio se movem.

Quando o lítio flui do anodo para o catodo, os elétrons livres saem do coletor de corrente para o dispositivo que está sendo alimentado, enquanto o lítio ruma pelo separador até o catodo. Para recarregar, o processo é invertido e o lítio passa do catodo, através do separador, até o anodo.

Várias equipes já haviam tentado imitar esse processo com as baterias de sódio - que têm a vantagem de dispensar o eletrólito líquido - eliminando o eletrodo positivo porque o sódio pode simplesmente se acumular na forma metálica.

"Mas o problema tem sido que, com essa química bem conhecida, ninguém jamais mostrou que essa bateria sem anodo pode ter uma vida útil razoável. Elas sempre falham muito rapidamente ou têm uma capacidade muito baixa ou requerem processamento especial do coletor de corrente," explica o professor Peng Bai.

Célula transparente, usada pela equipe para encontrar a química ideal para se livrar do eletrodo positivo.
[Imagem: Bai Lab]

Bateria sem anodo

A equipe do professor Bai, contudo, conseguiu agora projetar uma bateria de sódio usando apenas uma fina camada de folha de cobre no lado do anodo. Essa folha de cobre funciona como o coletor de corrente, ou seja, a bateria não tem um material de anodo ativo.

Em vez de fluir para um polo positivo, onde permaneceriam até a hora de voltarem para o catodo, os íons de sódio são transformados em metal: Primeiro, eles revestem a folha de cobre e depois se dissolvem quando chega a hora de retornar ao catodo para que a bateria seja recarregada.

"Em nossa descoberta, não há dendritos, nenhuma estrutura semelhantes a dedos," disse o pesquisador Bingyuan Ma. "Esse tipo de modo de crescimento nunca foi observado para esse tipo de metal alcalino."

"Olhe seu telefone celular, seu carro elétrico. Um quarto do custo desses itens vem da bateria," acrescentou o professor Bai. "As baterias de sódio usam um metal mais comum do que as baterias de lítio, elas têm a mesma densidade de energia das baterias de lítio; e são menores e mais baratas do que as baterias de lítio, graças à eliminação do anodo."

Agora é esperar que a equipe passe dos pequenos protótipos de laboratório para dispositivos mais próximos do uso real.

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