Energia

MIT anuncia avanços rumo a baterias mais leves

Bateria de lítio-oxigênio
A bateria de lítio-oxigênio de teste tem uma entrada e uma saída para fornecer o fluxo de ar necessário ao seu funcionamento.[Imagem: Patrick Gillooly]

Uma equipe de pesquisadores do MIT, nos Estados Unidos, anunciou progressos em uma tecnologia que poderá permitir a fabricação de baterias com até três vezes a densidade de energia de uma bateria atual de lítio.

As baterias de ar-lítio estão chamando a atenção de vários grupos de pesquisas ao redor do mundo, graças ao seu potencial teórico para atingir densidades de energia muito altas.

Outro interessante desenvolvimento paralelo é o das baterias de ar-silício.

Baterias de lítio-oxigênio

As baterias de lítio-oxigênio (também conhecidas lítio-ar) são semelhantes, em princípio, às baterias de íons de lítio, que dominam o campo da eletrônica portátil e são as candidatas mais promissoras para os veículos elétricos.

Mas como as baterias de lítio-ar substituem os compostos mais pesados das baterias convencionais de lítio por um eletrodo à base de carbono mais um fluxo de ar, elas poderão ser muito mais leves.

A equipe da professora Yang Shao-Horn verificou agora que eletrodos de ouro ou platina funcionando como catalisadores apresentam um nível de atividade muito superior ao de eletrodos simples de carbono.

Base para novas pesquisas

Ainda que ouro e platina resultem em eletrodos muito mais caros, o achado tem significados importantes

A primeira é que os metais nobres permitem uma elevada eficiência, com uso em nichos onde o desempenho é mais importante do que o custo.

E, em segundo lugar, o trabalho estabelece bases para o estudo de novos materiais, sejam metais ou óxidos metálicos, que tenham um melhor equilíbrio preço-desempenho.

"Nós vamos olhar para os diferentes materiais, e olhar para as tendências", diz Yin-Chun Lu, coautora do trabalho. "Essa pesquisa irá permitir que identifiquemos os parâmetros físicos que controlam a atividade catalítica. Finalmente seremos capazes de prever o comportamento do catalisador."

Lítio metálico

Mas existe uma questão mais urgente a ser tratada para o desenvolvimento das baterias de lítio-oxigênio: a segurança.

O lítio, quando em sua forma pura, metálica - como o utilizado nas emergentes baterias de lítio-ar - é altamente reativo na presença mesmo de quantidades minúsculas de água. Isto não é um problema nas baterias atuais de íons de lítio porque seus eletrodos negativos são feitos com materiais à base de carbono.

Shao-Horn afirma que o mesmo princípio agora descoberto poderá ser aplicado nas baterias de lítio-ar, eventualmente eliminando a necessidade do uso de lítio metálico, substituindo-o por grafite ou outro material mais estável.

Desafios de ciência e engenharia

Outro problema rumo à viabilização comercial das baterias de lítio-ar é desenvolver um sistema capaz de manter sua densidade de energia ao longo de um número suficiente de ciclos de carregamento e descarregamento.

Embora algumas empresas que já estão investindo nas baterias de lítio e oxigênio afirmem que estão apostando em um projeto de desenvolvimento com objetivos para daqui a 10 anos, Shao-Horn afirma que é muito cedo para prever quanto tempo levará para que elas cheguem ao mercado.

"É uma área muito promissora, mas há muitos desafios a serem superados em termos tanto de ciência quanto de engenharia," diz ela. "Se elas realmente demonstrarem manter de duas a três vezes a densidade de energia das baterias atuais de íons de lítio, as primeiras aplicações serão nos eletrônicos portáteis, só depois avançando para os veículos elétricos."

Bibliografia:

The Influence of Catalysts on Discharge and Charge Voltages of Rechargeable Li-Oxygen Batteries
Yi-Chun Lu, Hubert A. Gasteiger, Michael C. Parent, Vazrik Chiloyan, Yang Shao-Horn
Electrochemical and Solid-State Letters
1 April 2010
Vol.: 13, No.6 - pp. A69-A72
DOI: 10.1149/1.3363047




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