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Um novo conceito para uma bateria de alumínio tem o dobro da densidade de energia das versões anteriores, é feito de materiais abundantes e pode levar a custos de produção reduzidos e impacto ambiental.
Cortesia Chalmers: O uso da tecnologia de bateria de alumínio pode oferecer várias vantagens, incluindo uma alta densidade teórica de energia e o fato de já existir uma indústria estabelecida para sua fabricação e reciclagem. Comparado com as baterias de íon-lítio de hoje, o novo conceito dos pesquisadores pode resultar em custos de produção significativamente mais baixos. A ideia tem potencial para aplicações em larga escala, incluindo armazenamento de energia solar e eólica. Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Chalmers, na Suécia, e do Instituto Nacional de Química, na Eslovênia, estão por trás da idéia.
“Os custos de material e os impactos ambientais que projetamos de nosso novo conceito são muito mais baixos do que o que vemos hoje, tornando-os viáveis para uso em larga escala, como parques de células solares ou armazenamento de energia eólica, por exemplo”, diz Patrik Johansson , Professor do Departamento de Física de Chalmers.
“Além disso, nosso novo conceito de bateria possui o dobro da densidade de energia em comparação com as baterias de alumínio que são ‘o estado da arte’ atualmente”.
Projetos anteriores de baterias de alumínio usavam o alumínio como ânodo (o eletrodo negativo) – e a grafite como o cátodo (o eletrodo positivo). Mas a grafite fornece um conteúdo energético muito baixo para criar células de bateria com desempenho suficiente para serem úteis.
Mas, no novo conceito, apresentado por Patrik Johansson e Chalmers, juntamente com um grupo de pesquisa em Liubliana, liderado por Robert Dominko, a grafite foi substituída por um cátodo nanoestruturado orgânico, feito da molécula à base de carbono antraquinona.
O cátodo de antraquinona foi extensivamente desenvolvido por Jan Bitenc, anteriormente pesquisador convidado em Chalmers, do grupo do Instituto Nacional de Química da Eslovênia.
A vantagem desta molécula orgânica no material do cátodo é que ela permite o armazenamento de portadores de carga positivos do eletrólito, a solução na qual os íons se movem entre os eletrodos, o que possibilita uma maior densidade de energia na bateria.
“Como o novo material do cátodo possibilita o uso de um suporte de carga mais apropriado, as baterias podem fazer melhor uso do potencial do alumínio. Agora, continuamos o trabalho procurando um eletrólito ainda melhor. A versão atual contém cloro – queremos nos livrar disso ”, diz Niklas Lindahl, pesquisadora do Chalmers, que estuda os mecanismos internos que governam o armazenamento de energia.
Até o momento, não existem baterias de alumínio disponíveis comercialmente e, mesmo no mundo da pesquisa, elas são relativamente novas. A questão é se as baterias de alumínio podem eventualmente substituir as baterias de íon-lítio.
“Claro, esperamos que eles possam. Mas, acima de tudo, elas podem ser complementares, garantindo que as baterias de íon-lítio sejam usadas apenas onde for estritamente necessário. Até agora, as baterias de alumínio têm apenas metade da energia densa que as baterias de íon-lítio, mas nosso objetivo a longo prazo é alcançar a mesma densidade de energia. Ainda há trabalho a ver com o eletrólito e com o desenvolvimento de melhores mecanismos de carregamento, mas o alumínio é, em princípio, um portador de carga significativamente melhor que o lítio, uma vez que é multivalente – o que significa que todo íon compensa vários elétrons. Além disso, as baterias têm o potencial de serem significativamente menos prejudiciais ao meio ambiente ”, diz Patrik Johansson.
Leia o artigo “Conceito e mecanismo eletroquímico de um ânodo de metal Al – bateria catódica orgânica”, publicado na revista Energy Storage Materials.
Texto: Joshua Worth, joshua.worth@chalmers.se e Mia Halleröd Palmgren, mia.hallerodpalmgren@chalmers.se
Foto: Henrik Sandsjö (Patrik Johansson) e Mia Halleröd Palmgren (Niklas Lindahl)
Para mais informações entre em contato:
Patrik Johansson, Professor, Departamento de Física, Universidade de Tecnologia de Chalmers patrik.johansson@chalmers.se
Niklas Lindahl, pesquisador do Departamento de Física da Universidade de Tecnologia de Chalmers, atualmente baseado no Departamento de Física da Universidade de Gotemburgo +46 76 622 91 36 niklas.lindahl@chalmers.se
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