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Areia melhora baterias de lítio em três vezes

Areia melhora baterias de lítio em três vezes
Da esquerda para a direita, a areia inicial e a areia purificada com alto teor de quartzo - o último frasco contém o nano-silício pronto. [Imagem: UC Riverside]

Areia de silício

Pesquisadores da Universidade da Califórnia de Riverside criaram uma bateria de íons de lítio que supera em três vezes as baterias usadas hoje em notebooks e celulares.

E o material chave para essa inovação foi... areia.

As pesquisas para melhorar as baterias de lítio estão focadas no anodo, o lado negativo da bateria. O material padrão atual é o grafite, mas tem sido difícil otimizá-lo sem uma insistente tendência a explosões.

A principal opção é fazer uma bateria de lítio e silício, onde o silício substitui o grafite. O problema é que o silício em nanoescala degrada-se rapidamente, além de ser difícil produzi-lo em grandes quantidades.

Zachary Favors então se voltou para uma areia muito pura, com uma elevada porcentagem de quartzo - o quartzo é dióxido de silício.

Areia melhora baterias de lítio em três vezes
Diagrama esquemático de como a areia é transformada no anodo para as baterias de lítio-silício. [Imagem: UC Riverside]

Nano-silício

Favors moeu a areia até produzir grãos em escala nanométrica e então purificou-a para aumentar a concentração de quartzo - a areia passou de cinza para branca, similar em cor e textura ao açúcar.

O último passo foi acrescentar sal e magnésio e aquecer o pó resultante. Com o sal funcionando como um absorvedor de calor, o magnésio removeu o oxigênio do quartzo, produzindo silício puro.

A grande surpresa é que esse nano-silício consolidou-se em um material esponjoso de altíssima porosidade, ideal para formar o ânodo de uma bateria de lítio-silício.

Ainda não está bem claro porque o silício produzido desta forma supera tanto o silício tradicional, mas a técnica é barata e dispensa o material ultrapuro usado para fabricar fibras ópticas ou chips de computador.

O resultado é um meio-termo interessante, com o rendimento da bateria superando em três vezes as baterias de íons de lítio atuais, mas a um custo muito baixo - o rendimento teórico de uma bateria de lítio-silício é de 10 vezes o padrão atual.

Bibliografia:

Scalable Synthesis of Nano-Silicon from Beach Sand for Long Cycle Life Li-ion Batteries
Zachary Favors, Wei Wang, Hamed Hosseini Bay, Zafer Mutlu, Kazi Ahmed, Chueh Liu, Mihrimah Ozkan, Cengiz S. Ozkan
Nature Scientific Reports
Vol.: 4, Article number: 5623
DOI: 10.1038/srep05623




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