Nióbio e níquel viabilizam baterias de recarga ultrarrápida

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/11/2021

O segredo do material está em uma estrutura cristalina aberta, com muitos canais para a passagem dos elétrons.
[Imagem: Rui Xia et al. - 10.1002/aenm.202102972]

Niobato de níquel

A simples troca do material do ânodo - o eletrodo positivo - das baterias de lítio permite que essas baterias sejam recarregadas em um tempo 10 vezes menor.

E Rui Xia e seus colegas da Universidade de Twente, nos Países Baixos, afirmam que a troca do material não traz qualquer risco de explosão e nem diminui a vida útil das baterias de íons de lítio.

A inovação consiste na substituição do tradicional grafite, usado hoje, por uma liga de nióbio e níquel, um niobato de níquel, de fórmula NiNb₂O₆.

Além de funcionar perfeitamente para a função normal da bateria, o material suportou altas ciclagens de carga e recarga, sempre retornando à sua estrutura original, sem sinais de esfarelamento, como acontece com o grafite depois de muitos usos.

Segundo a equipe, isto se deve principalmente à estrutura cristalina "aberta" e regular do niobato de níquel, o que resulta em canais idênticos para o transporte das cargas elétricas.

Já existem outros materiais sendo usados nas baterias de recarga rápida, mas todos são caros porque sua fabricação exige infraestruturas de salas limpas, o que não é o caso do niobato de níquel.

Outra vantagem do novo material está em sua resistência ao esfarelamento - estes são mapas de deformação em diferentes estados de tensão elétrica (3, 1,7, e 1 V, respectivamente).
[Imagem: Rui Xia et al. - 10.1002/aenm.202102972]

Baterias de recarga ultrarrápida

As altas taxas de carga e descarga, contudo, têm consequências para o peso e a densidade de energia das baterias: O niobato de níquel é mais compacto do que o grafite, por isso tem uma densidade de energia "volumétrica" mais alta.

Depois de testar baterias completas com o novo material de ânodo, combinando-o também com vários materiais de cátodo existentes, a equipe concluiu que a nova receita de nióbio e níquel será ideal para baterias para armazenamento de eletricidade de fontes renováveis, em máquinas movidas a eletricidade que requerem carga e descarga rápidas, ou em transporte pesado movido a eletricidade.

Para utilizar a tecnologia do niobato de níquel em baterias de carros elétricos, contudo, eles afirma ser ainda necessário fazer melhoramentos adicionais.

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