Imagem: The Engineer
As baterias recarregáveis que usam cátions de amônio como carregadores de carga podem fornecer uma alternativa sustentável às baterias baseadas em íons metálicos, como os íons de lítio, disse a equipe.
As baterias de íons metálicos são a solução de armazenamento de energia ideal, dominando o mercado de eletrônicos de consumo portáteis e veículos elétricos devido à sua alta densidade de energia e versatilidade. No entanto, os íons metálicos usados nos eletrólitos vêm do lítio e de recursos em declínio que ameaçam a disponibilidade a longo prazo. Sua toxicidade e inflamabilidade também podem ser inseguras e prejudiciais ao meio ambiente.
Houve várias tentativas de gerar baterias à base de íons de amônio para resolver questões ambientais e de sustentabilidade porque esses cátions são leves e fáceis de sintetizar e reciclar.
No entanto, os cátions de amônio são propensos à redução em hidrogênio e amônia em baixo potencial de operação, impedindo que as baterias atinjam todo o seu potencial. Eles também se dissolvem prontamente em eletrólitos, tornando-os difíceis de incorporar em materiais de eletrodos.
De acordo com Husam Alshareef, pós-doutorando Zhiming Zhao e colegas de trabalho, a equipe desenvolveu uma bateria sem metal de alta eficiência combinando um eletrólito contendo cátion de amônio com eletrodos à base de carbono. O cátodo de grafite e o ânodo semicondutor orgânico são baratos, ecológicos e renováveis, disse Zhao.
Com os cátions de amônio, os pesquisadores escolheram íons de hexafluorofosfato como portadores de carga negativa e exploraram a capacidade do grafite de acomodar reversivelmente esses ânions dentro de suas camadas para criar uma bateria de ‘íon duplo’. Na bateria, cátions e ânions são inseridos simultaneamente em seus eletrodos correspondentes durante os ciclos de carga e são liberados no eletrólito durante os ciclos de descarga.
“Desenhamos um eletrólito que é tanto antioxidante quanto antirredutor, analisando uma série de solventes resistentes a alta voltagem e também levando em consideração sua estabilidade de redução”, disse Zhao em um comunicado.
O solvente antioxidante solvatou principalmente os ânions que participam da reação do cátodo, enquanto sua contraparte anti-redutiva formou uma esfera de solvatação ao redor dos cátions envolvidos na reação do ânodo. Zhao explicou que a configuração é crucial para a estabilidade da bateria.
A equipe da KAUST (King Abdullah University of Science and Technology) descobriu que a bateria superou os análogos baseados em íons de amônio existentes com uma tensão de operação recorde de 2,75 volts. “Agora é possível desenvolver baterias de íons não metálicos de alta energia que podem competir com baterias de íons metálicos”, disse Zhao.
A equipe está atualmente trabalhando para melhorar o desempenho para se aproximar de aplicações de grande escala. Zhao acrescentou que estão explorando materiais anódicos com maior capacidade, cruciais para melhorar a densidade de energia. “Para eventualmente descarbonizar completamente a rede, os custos da bateria devem cair significativamente”, acrescentou Alshareef. A equipe acredita que substituir o lítio por portadores de carga não metálicos, como íons de amônio, pode ajudar a reduzir esses custos.
Fonte: The Engineer
