Água

Crédito da imagem: Texas A&M Engineering

Pela equipe editorial da E&T

Publicado terça-feira, 4 de abril de 2023

Pesquisadores da Texas A&M University mostraram que as baterias à base de água podem fornecer uma alternativa mais segura e eficiente às baterias de íon-lítio que contêm cobalto.

Esses novos tipos de baterias não apenas reduziriam a dependência dos EUA de países que exportam cobalto e lítio, mas também seriam capazes de evitar incêndios relacionados a baterias.

"Não haveria mais incêndios de bateria porque é à base de água", disse o professor de engenharia química Dr. Jodie Lutkenhaus. "No futuro, se a escassez de materiais for projetada, o preço das baterias de íon-lítio aumentará.

"Se tivermos essa bateria alternativa, podemos recorrer a essa química, onde o fornecimento é muito mais estável porque podemos fabricá-la aqui nos Estados Unidos e os materiais para produzi-la estão aqui."

As baterias à base de água consistem em um cátodo, um eletrólito e um ânodo. Os cátodos e ânodos são polímeros que podem armazenar energia, e o eletrólito é água misturada com sais orgânicos.

O eletrólito é a chave para a condução de íons e armazenamento de energia por meio de suas interações com o eletrodo, e a pesquisa recente da equipe indica que a escolha do material pode ser crucial.

"Se um eletrodo incha muito durante o ciclo, ele não pode conduzir elétrons muito bem e você perde todo o desempenho", disse Lutkenhaus. "Acredito que há uma diferença de 1.000 por cento na capacidade de armazenamento de energia, dependendo da escolha do eletrólito por causa dos efeitos de inchaço."

Os cientistas afirmam que as novas baterias podem ser feitas de polímeros radicais redox-ativos não conjugados (eletrodos). No entanto, a reação é difícil de analisar devido à transferência simultânea de elétrons, íons e moléculas de água.

Para demonstrar esse método, os pesquisadores complementaram os experimentos com simulação e análise computacional.

"Teoria e experimento geralmente trabalham juntos para entender esses materiais. Uma das coisas novas que fazemos computacionalmente neste artigo é que realmente carregamos o eletrodo em vários estados de carga e vemos como o ambiente responde a esse carregamento", disse professor assistente de química Dr. Daniel Tabor.

Os pesquisadores observaram macroscopicamente se o cátodo da bateria estava funcionando melhor na presença de certos tipos de sais, medindo exatamente a quantidade de água e sal entrando na bateria enquanto ela estava operando.

Se forem bem-sucedidas, as baterias à base de água podem se tornar uma alternativa mais segura aos tipos de baterias em uso atualmente. Outra opção proposta foi o uso de baterias feitas de borracha.

"Com esta nova tecnologia de armazenamento de energia, este é um avanço para as baterias sem lítio. Temos uma imagem de nível molecular melhor do que faz com que alguns eletrodos de bateria funcionem melhor do que outros, e isso nos dá fortes evidências de onde avançar em materiais design", acrescentou Tabor.

As baterias de íons de lítio são responsáveis ​​por cerca de 48% de todos os incêndios de resíduos - cerca de 700 por ano - ocorridos no Reino Unido a cada ano, custando aos operadores de resíduos, bombeiros e meio ambiente aproximadamente £ 158 milhões por ano, de acordo com pesquisa publicada pela Eunomia.

O relatório informal da organização sugere que o número anual de incêndios de baterias pode ser três vezes superior à estimativa da Eunomia, com centenas de incêndios a ocorrerem em instalações de reciclagem e gestão de resíduos e veículos de recolha.

Em julho de 2022, um grande incêndio em um arranha-céu de Londres levou os bombeiros a emitir um alerta urgente sobre o risco de incêndio envolvendo as baterias de lítio de e-bikes convertidas.

O projeto de bateria à base de água é financiado pelo Departamento de Energia dos EUA e pela National Science Foundation por meio da Texas A&M Engineering Experiment Station. As descobertas dos experimentos foram publicadas em um artigo na Nature Materials.