Bateria a ar pode durar 10 vezes mais que baterias de lítio

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/05/2009

Diagrama da bateria a ar tipo STAIR. O oxigênio do ar reage com íons de lítio no interior do material poroso de carbono para liberar as cargas elétricas.
[Imagem: University of St Andrews]

Engenheiros da Universidade St. Andrews, no Reino Unido, desenvolveram um novo tipo de bateria que utiliza o ar ambiente para substituir um dos componentes químicos utilizados nas baterias de lítio atuais.

A nova "bateria a ar" eleva em até 10 vezes a capacidade de armazenamento de energia em comparação com as baterias atuais e poderá ser mais barata, já que substitui o óxido de lítio por uma estrutura de carbono.

Fontes de energia limpa

Os pesquisadores esperam ter a bateria pronta para comercialização em cerca de dois anos, o que poderá criar uma nova geração de veículos elétricos e viabilizar fontes alternativas de energia limpa, como a energia solar e a energia eólica.

Com baterias mais eficientes, a energia captada durante os momentos de ventos fortes e durante o dia poderá ser armazenada para liberação durante os momentos de calmaria e à noite, transformando os geradores solares e eólicos em fontes de suprimento contínuo de eletricidade.

Substituindo óxido de lítio por oxigênio do ar

A maior capacidade de armazenamento de energia da nova bateria deve-se à adição de um componente que utiliza o oxigênio retirado do ar atmosférico durante o descarregamento, quando a bateria está sendo utilizada. O oxigênio substitui um dos compostos químicos utilizados nas baterias recarregáveis atuais.

Sem precisar conter o composto químico em seu interior, o novo design oferece mais energia para o mesmo volume de bateria. A redução do tamanho e do peso das baterias é um dos elementos necessários para viabilizar definitivamente os veículos elétricos.

A bateria a ar, batizada de STAIR (Saint Andrews Air), deverá ser mais barata do que as atuais baterias recarregáveis. Isto porque o novo componente é feito de carbono poroso, que é muito mais barato do que o óxido de lítio-cobalto utilizado hoje.

"Nosso objetivo é ter um incremento de 5 a 10 vezes na capacidade de armazenamento, o que está além do horizonte para as baterias de íons de lítio," diz o professor Peter Bruce, coordenador do projeto. "Nossos resultados estão sendo muito encorajadores e já superaram largamente nossas expectativas."

A grande descoberta da equipe do professor Bruce foi usar o oxigênio do ar como reagente, em vez de incluir na bateria os compostos químicos necessários à reação.

Primeiro protótipo da bateria a ar tipo STAIR.
[Imagem: University of St Andrews]

Funcionamento da bateria a ar

As baterias recarregáveis de lítio atuais são formadas por um eletrodo negativo, feito de grafite, um eletrólito orgânico e um eletrodo positivo, feito de óxido de lítio-cobalto. O lítio é retirado do composto do eletrodo positivo durante o carregamento da bateria e reinserido nele quando sua energia está sendo consumida. Ou seja, a capacidade de armazenamento de energia dessas baterias é limitada pelo eletrodo de óxido de lítio-cobalto (0,5 Li/Co, 130 mAhg-1).

Os pesquisadores substituíram o óxido de lítio-cobalto por um eletrodo poroso de carbono, permitindo que os íons de lítio reajam com o oxigênio do ar. Os resultados iniciais, quando os pesquisadores descobriram que poderiam criar uma bateria recarregável desta forma, mostraram uma capacidade de 1.000 mili-amp/hora por grama de carbono (mA/hours/g). Os resultados agora apresentados já revelam uma capacidade de 4.000 mA/hours/g.

Embora os dois designs sejam muito diferentes, a capacidade de energia da bateria a ar equivale a um incremento de 8 vezes quando comparada com a bateria de um telefone celular.

O oxigênio, que é capturado do ar atmosférico por uma superfície da bateria exposta ao ar, reage no interior dos poros do material de carbono para liberar a energia contida na bateria. Além do oxigênio do ar ser de graça, a esponja de carbono pode ser fabricada de forma muito barata mesmo hoje, quando ainda não há ganhos de escala.

O projeto de pesquisa que levou à criação da bateria a ar já consumiu dois anos de trabalho e está planejado para durar outros dois, quando os pesquisadores esperam ter um produto pronto para a comercialização.

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