Baterias em soluções água-sal têm potencial para substituir as convencionais

Com informações da Agência Fapesp - 03/06/2020

Imagem de microscopia de transmissão eletrônica de partículas de trifosfato de dititânio e sódio antes (A e B) e depois (C e D) de 421 ciclos de carga e descarga
[Imagem: Martins/Torresi - 10.1016/j.coelec.2020.01.006]

Eletrólitos água-em-sal

Soluções aquosas altamente concentradas de eletrólitos, os chamados "eletrólitos água-em-sal", podem ser uma alternativa às soluções baseadas em solventes orgânicos, atualmente utilizadas em baterias de automóveis e outros dispositivos eletroquímicos.

Abundância - e, portanto, baixo custo - e não-toxicidade são fatores-chave para essa aplicação.

Esta é a conclusão de Vitor Leite Martins e Roberto Manuel Torresi, do Instituto de Química da Universidade de São Paulo, que acabam de revisar as tecnologias disponíveis.

Assim, essa proposta tecnológica inovadora, baseada na alta concentração de sal em água, soma grandes vantagens na comparação com a tecnologia convencional, que usa sal dissolvido em compostos orgânicos.

Apesar disso, o uso tecnológico de eletrólitos água-em-sal também apresenta algumas dificuldades.

"A primeira é que, por ter pouquíssima água, a solução, altamente higroscópica, tende a captar a umidade do ambiente, mudando seu conteúdo de água. O segundo é que a solução aquosa ultraconcentrada possui forte poder de corrosão," ponderou Torresi.

A propensão a captar umidade do ambiente é algo que os solventes orgânicos também têm, o que constitui um dos motivos pelos quais as baterias convencionais precisam ser blindadas. Quanto ao caráter corrosivo, isso realmente configura uma desvantagem, pois os solventes orgânicos utilizados nas baterias atuais de lítio praticamente não atacam os eletrodos, que são os únicos componentes metálicos do dispositivo.

Mas, segundo o pesquisador, esse inconveniente não deve ser superestimado. "A corrosão foi uma grande questão durante décadas. Hoje, sabemos como trabalhar os coletores de corrente elétrica. Com algumas adaptações, não será difícil enfrentar o problema da corrosão em uma eventual bateria aquosa," disse.

Muito sal e pouca água

"A expressão 'eletrólitos água-em-sal' refere-se a soluções que apresentam altíssima concentração de sal em quantidade muito pequena de água. A água é suficiente apenas para dissolver os íons, isto é, para promover a solvatação. Mas não existe água livre no sistema, como acontece nas soluções comuns," explicou Torresi.

Isso só pode ocorrer quando a molécula do sal a ser dissolvido é composta por um ânion bem grande e um cátion bem pequeno. É o caso, por exemplo, do bis(trifluorometano) sulfonimida de lítio (CF3SO2NLiSO2CF3). O mesmo não se dá com o cloreto de sódio (NaCl), o sal comum de cozinha, que possui cátion e ânion com tamanhos muito próximos.

"Como não existe água livre nessa solução ultraconcentrada, a eletrólise da água, que produz hidrogênio e oxigênio, torna-se muito mais difícil. Então, mesmo que o sistema tenha água, a janela de estabilidade eletroquímica da solução é muito maior," afirmou Torresi.

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