Bateria de plástico recarrega 10 vezes mais rápido que bateria de lítio

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/04/2021

Representação simbólica da fórmula química do polímero.
[Imagem: Anatoliy A. Vereshchagin]

Bateria de plástico

Químicos russos desenvolveram um novo tipo de bateria que pode carregar 10 vezes mais rápido do que uma bateria de íons de lítio.

Além disso, ela é mais segura em termos de riscos potenciais de incêndio e tem menor impacto ambiental.

Ao contrário da maioria das pesquisas com baterias, que trabalham com metais, Anatoliy Vereshchagin e seus colegas da Universidade de São Petersburgo decidiram apostar em polímeros.

Os polímeros à base de nitroxila (HNO) são conhecidos como promissores para o armazenamento de energia, apresentando alta densidade de carga e carregamento rápido. Mas eles nunca decolaram porque também apresentam uma condutividade elétrica baixa, o que impede a coleta dos elétrons mesmo quando são usados aditivos altamente condutores.

Vereshchagin encontrou uma solução para essa baixa condutividade em um composto conhecido como salen - salicilaldeído (sal) e etilenodiamina (en) - combinado com o metal níquel.

O composto do metalpolímero resultante (Ni-Salen) funciona como um fio molecular, ao qual se ligam as moléculas de nitroxila, que passam então a contar com uma fiação altamente condutora.

"Em primeiro lugar, esses compostos podem ser usados como uma camada protetora para cobrir o cabo condutor principal da bateria, que de outra forma teriam que ser feitos dos materiais das baterias de íons de lítio tradicionais. E, em segundo lugar, eles podem ser usados como um componente ativo como materiais de armazenamento de energia eletroquímica," explicou o professor Oleg Levin.

Bateria de plástico

Dos vários polímeros sintetizados pela equipe, apenas um se mostrou suficientemente estável e eficiente. Sua cadeia principal é formada pelo complexo de níquel com ligantes salen, à qual foi adicionado, por meio de ligações covalentes, um radical livre estável, de rápida oxidação e redução (carga e descarga).

"Uma bateria fabricada com nosso polímero irá carregar em segundos - cerca de 10 vezes mais rápido do que uma bateria de íons de lítio tradicional. Isso já foi demonstrado por meio de uma série de experimentos. No entanto, nesta fase, ela ainda fica para trás em termos de capacidade - 30 a 40% menor do que as baterias de íons de lítio. Atualmente, estamos trabalhando para melhorar este indicador, mantendo a taxa de descarga-carga," disse Levin.

A equipe já fabricou um catodo - o eletrodo positivo - adequado para a bateria e agora está se voltando para o polo negativo. Mas, segundo Levin, eles não precisarão inventar outro material, precisando apenas selecionar o mais adequado entre as diversas opções disponíveis.

Durável e sem risco de explosão

O protótipo apresentou uma capacidade específica de até 91,5 mAh por grama de material, retendo 87% de sua capacidade teórica. Quanto à durabilidade, a retenção de carga foi de 66% após 2.000 ciclos de carga e descarga.

"A nova bateria é capaz de operar em baixas temperaturas e será uma excelente opção onde o carregamento rápido é crucial. Ela é segura de usar - não há nada que possa representar um perigo de combustão, ao contrário das baterias à base de cobalto que são largamente usadas hoje. Ela também contém significativamente menos metais que podem causar danos ambientais. O níquel está presente em nosso polímero em pequena quantidade, mas há muito menos níquel nela do que nas baterias de íons de lítio," disse Levin.

Mais tópicos